實驗：驗證平拋運動

1、.第3節(jié)實驗：研究平拋運動一、實驗目的(1)描出平拋物體的運動軌跡，并驗證軌跡是一條拋物線。(2)根據(jù)運動軌跡求平拋物體的初速度。二、實驗原理平拋運動可以看做兩個分運動的合成，一個是水平方向的勻速直線運動，另一個是豎直方向的自由落體運動。在直角坐標系上，它們的位移方程分別表示為xv0t、ygt2，令小球做平拋運動，利用追蹤法逐點描出小球運動的軌跡，則可作出小球做平拋運動的曲線。建立坐標系后，對曲線上的任一點均可求出其橫坐標x、縱坐標y，用公式y(tǒng)gt2可求出小球從原點到該點的運動時間，再用公式xv0t則可求出小球做平拋運動的初速度。三、實驗器材斜槽、小球、方木板、鐵架臺、白紙、圖釘、重垂線、三角

2、板、鉛筆、刻度尺。四、實驗步驟1安裝調(diào)平將帶有斜槽軌道的木板固定在實驗桌上，其末端伸出桌面外，軌道末端切線水平。如圖531所示。圖5312建立坐標系用圖釘將坐標紙固定于豎直木板的左上角，把木板調(diào)整到豎直位置，使板面與小球的運動軌跡所在平面平行且靠近，把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口(軌道末端)時球心在木板上的投影點O，O點即為坐標原點，用重垂線畫出過坐標原點的豎直線，作為y軸，畫出水平向右的x軸。3確定球的位置將小球從斜槽上某一位置由靜止滑下，小球從軌道末端射出，先用眼睛粗略確定做平拋運動的小球在某一x值處的y值，然后讓小球由同一位置自由滾下，在粗略確定的位置附近用鉛筆較準確地描出小球通

3、過的位置，并在坐標紙上記下該點。用同樣的方法確定軌跡上其他各點的位置。4描點得軌跡取下坐標紙，將坐標紙上記下的一系列點，用平滑曲線連起來，即得到小球平拋運動軌跡。五、數(shù)據(jù)處理1計算初速度在小球平拋運動軌跡上選取分布均勻的六個點A、B、C、D、E、F，用刻度尺、三角板測出它們的坐標(x，y)，并記錄在下面的表格中，已知g值，利用公式y(tǒng)gt2和xv0t，求出小球做平拋運動的初速度v0，最后算出v0的平均值。ABCDEFx/mmy/mmv0x /(ms1)v0的平均值2驗證軌跡是拋物線拋物線的數(shù)學表達式為yax2，將某點(如B點)的坐標x、y代入上式求出常數(shù)a，再將其他點的坐標代入此關系式看看等式是

4、否成立，若等式對各點的坐標近似都成立，則說明所描繪得出的曲線為拋物線。六、誤差分析(1)斜槽末端沒有調(diào)水平，小球離開斜槽后不做平拋運動。(2)確定小球運動的位置時不準確。(3)量取軌跡上各點坐標時不準確。七、注意事項(1)實驗中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(檢驗是否水平的方法是：將小球放在斜槽末端任一位置，看其是否能靜止)。(2)方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時要用重垂線檢查坐標紙豎線是否豎直。(3)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。(4)坐標原點不是槽口的端點，應是小球出槽口時球心在木板上的投影點。(5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運動的軌跡由坐標紙的左上角一直到達右下角為

5、宜。(6)在軌跡上選取離坐標原點O點較遠的一些點來計算初速度。八、獲得平拋運動軌跡的其他方法1.噴水法如圖532所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管，其中一根彎成水平，加上一個很細的噴嘴。圖532水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細水柱，它顯示了平拋運動的軌跡。將它描在背后的紙上，進行分析處理。2頻閃照相法用數(shù)碼照相機可記錄下平拋運動的軌跡，如圖533所示。由于相鄰兩幀照片間的時間間隔是相等的，只要測量相鄰兩照片上小球的水平位移，就很容易判斷平拋運動水平方向上的運動特點。圖533實驗原理及實驗步驟例1在“探究平拋物體的運動規(guī)律”的實驗中，可以描繪出小球做平拋運動的軌跡，實驗簡

6、要步驟如下：A讓小球多次從_位置上滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。B安裝好器材，注意_，記下平拋初位置O點和過O點的豎直線。C取下白紙，以O為原點，以豎直線為y軸建立坐標系，用平滑曲線畫出平拋運動物體的軌跡。(1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上。(2)上述實驗步驟的合理順序是_。解析(1)A中為了保證小球每次平拋初速度相同，軌跡重合，應讓小球從同一位置滾下。B中為了保證小球做平拋運動，要注意斜槽末端切線水平。(2)上述實驗步驟的合理順序是BAC。答案(1)A.同一B斜槽末端切線水平(2)BAC實驗數(shù)據(jù)的處理例2在研究平拋運動的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L1

7、.25 cm。若小球在做平拋運動途中的幾個位置如圖534中a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度v0_(用L、g表示)，其值是_(g取9.8 m/s2)。圖534解析根據(jù)題意，仔細審查圖中a、b、c、d四點的相對位置，發(fā)現(xiàn)相鄰的兩點間的水平距離均為2L，則物體在相鄰的兩點間運動時間相等，設這個相等時間為T0，由于豎直方向是加速度為g的勻加速運動，由yaT2可得LgT，再由水平方向是勻速運動得2Lv0T0，聯(lián)立上述兩式解得v020.70 m/s。答案20.70 m/s創(chuàng)新設計實驗例3試根據(jù)平拋運動原理設計測量彈射器彈丸出射初速度的實驗方法。提供的實驗器材有：彈射器(含彈丸)、鐵架臺(帶有夾具)、

8、米尺。(1)在圖535中畫出實驗示意圖。圖535(2)在安裝彈射器時應注意：_。(3)實驗中需要測量的量(在示意圖中用字母標出)：_。(4)由于彈射器每次射出的彈丸初速度不可能完全相等，在實驗中應采取的方法是_。(5)計算公式為_。解析如圖所示。(2)安裝時要注意彈射器應固定，且彈射器發(fā)射方向保持水平。(3)實驗中需測量彈丸射出的水平距離x和彈射器與水平地面高度差h。(4)在彈射器高度不變情況下多次實驗，取x1，x2，xn平均值作為實驗數(shù)據(jù)。(5)v彈丸。答案見解析隨堂基礎鞏固1安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是()A保證小球飛出時，速度既不太大，也不太小B保證小

9、球飛出時，初速度水平C保證小球在空中運動的時間每次都相等D保證小球運動的軌跡是一條拋物線解析：安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是保證小球以水平初速度拋出做平拋運動，故B正確。答案：B2.某學生在做“研究平拋運動”的實驗中，描出了如圖536所示的幾個實驗點，其中偏差較大的實驗點B出現(xiàn)的原因可能是()A小球滾下的高度較其他各次高B小球滾下的高度較其他各次低圖536C小球滾下時具有一定的初速度D以上說法均有可能解析：小球滾下的高度越低，其做平拋運動的初速度越小，其軌跡線越陡，越靠近y軸，所以可能原因為B。答案：B3在“研究平拋運動”的實驗中，為了求平拋運動物體的初速度，

10、需直接測量的數(shù)據(jù)有()A小球開始滾下的高度B小球在空中飛行的時間C運動軌跡上某點P的水平坐標D運動軌跡上某點P的豎直坐標解析：由平拋運動規(guī)律，豎直方向ygt2，水平方向xv0t，因此v0x，可見只要測得軌跡上某點P的水平坐標x和豎直坐標y，就可求出初速度v0，故C、D正確。答案：CD4.某同學在做“研究平拋運動”的實驗中，忘記記下小球做平拋運動的起點位置O，A為物體運動一段時間后的位置，根據(jù)如圖537所示，求出物體做平拋運動的初速度為_ m/s。(g取10 m/s2) 圖537解析：由題圖可知AB、BC間的豎直距離yAB15 cm0.15 m，yBC0.25 m因為xABxBC0.20 m，所

11、以小球從A運動到B與從B運動到C的時間相同，設此時間為t。據(jù)yBCyABgt2得t s0.10 s。又因為xABv0t，所以v0 m/s2.0 m/s。答案：2.05在做“研究平拋物體的運動”的實驗時，通過描點法畫出小球的平拋運動軌跡，并求出平拋運動的初速度。實驗裝置如圖538所示。圖538(1)實驗時將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，實驗前要檢查木板是否水平，請簡述你的檢查方法：_。(2)關于這個實驗，以下說法正確的是()A小球釋放的初始位置越高越好B每次小球要從同一高度由靜止釋放C實驗前要用重垂線檢查坐標紙上的豎直線是否豎直D小球的平拋運動要靠近但不接觸木板解析：(1)小球放在斜槽的末端任一

12、位置都靜止，說明末端切線水平無傾角。(2)下落高度越高，初速度越大，一是位置不好用眼捕捉觀察估測，二是坐標紙上描出的軌跡圖線太靠上邊，坐標紙利用不合理，A錯；每次從同一高度釋放，保證小球每次具有相同的水平速度，B對；木板要豎直且讓球離開木板，以減少碰撞和摩擦，故C、D對。答案：(1)將小球放在斜槽的末端任一位置，看小球能否靜止(或用水平儀檢查木板是否水平)(2)BCD6(1)平拋物體的運動規(guī)律可以概括為兩點：水平方向做勻速直線運動；豎直方向做自由落體運動。如圖539所示為研究平拋運動的實驗裝置，現(xiàn)把兩個小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上，然后切斷電磁鐵C的電源，使電磁鐵C上的小鐵球從軌道A射出，并在射出時碰到碰撞開關S，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球，兩鐵球同時落到地面。這個實驗()圖539A只能說明上述規(guī)律中的第條B只能說明上述規(guī)律中的第條C不能說明上述規(guī)律中的任何一條D能同時說明上述兩條規(guī)律(2)如圖5310所示為一小球做平拋運動的閃光照相照片的一部分，圖中背景方格的邊長均為5 cm。如果取g10 m/s2，那么：圖5310閃光頻率是多少.小球運動中水平分速度是多少.小球經(jīng)過B點時的速度是多少。解析：(1)由于左端小鐵球平拋的同時，右端小鐵球開始做自由落體運動，且兩球同時落地，說明平拋的小鐵球在豎直方向上和右端小鐵球做同樣的運動，也做自由落體運