高中物理第一章抛体运动3 35页

第 2 课时　实验 : 研究平抛运动　　 【 实验目的 】 1. 用实验的方法描出平抛运动的轨迹。 2. 判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。 3. 根据平抛运动的轨迹求其初速度。 【 实验原理 】 1. 利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。 2. 建立坐标系 , 如果轨迹上各点的 y 坐标与 x 坐标间的关 系具有 y=ax 2 的形式 (a 是一个常量 ), 则轨迹是一条抛物 线。 3. 测出轨迹上某点的坐标 x 、 y, 根据 x=v 0 t,y= gt 2 得 初速度 v 0 =x 。 【 实验器材 】 斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺 【 实验过程 】 一、实验步骤 1. 安装调整 : (1) 将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上 , 其末端伸出桌面外 , 轨道末端切线水平。 (2) 用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角 , 把木板调整到竖直位置 , 使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。如图所示。 2. 建坐标系 : 把小球放在槽口处 , 用铅笔记下小球在槽口 ( 轨道末端 ) 时球心所在木板上的投影点 O,O 点即为坐标原点 , 用重垂线画出过坐标原点的竖直线作为 y 轴 , 画出水平向右的 x 轴。 3. 确定小球位置 : (1) 将小球从斜槽上某一位置由静止滑下 , 小球从轨道末端射出 , 先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一 x 值处的 y 值。 (2) 让小球由同一位置自由滚下 , 在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置 , 并在坐标纸上记下该点。 (3) 用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。 4. 描点得轨迹 : 取下坐标纸 , 将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来 , 即得到小球平抛运动轨迹。 二、数据处理 1. 判断平抛运动的轨迹是否为抛物线 : 在 x 轴上作出等距离的几个点 A 1 、 A 2 、 A 3 … 向下作垂线 , 垂线与抛体轨迹的交点记为 M 1 、 M 2 、 M 3 … 用刻度尺测量各点的坐标 (x,y) 。 (1) 代数计算法 : 将某点 ( 如 M 3 点 ) 的坐标 (x,y) 代入 y=ax 2 求出常数 a, 再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立 , 若等式对各点的坐标都近似成立 , 则说明所描绘得出的曲线为抛物线。 (2) 图像法 : 建立 y -x 2 坐标系 , 根据所测量的各个点的 x 坐标值计算出对应的 x 2 值 , 在坐标系中描点 , 连接各点看是否在一条直线上 , 若大致在一条直线上 , 则说明平抛运动的轨迹是抛物线。 2. 计算初速度 : 在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的 六个点 ——A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F, 用刻度尺、三角板测出 它们的坐标 (x,y), 并记录在下面的表格中 , 已知 g 值 , 利 用公式 y= gt 2 和 x=v 0 t, 求出小球做平抛运动的初速度 v 0 , 最后算出 v 0 的平均值。 【 误差分析 】 1. 安装斜槽时 , 其末端切线不水平 , 导致小球离开斜槽后不做平抛运动。 2. 建立坐标系时 , 坐标原点的位置确定不准确 , 导致轨迹上各点的坐标不准确。 3. 小球每次自由滚下时起始位置不完全相同 , 导致轨迹出现误差。 4. 确定小球运动的位置时不准确 , 会导致误差。 5. 量取轨迹上各点坐标时不准确 , 会导致误差。 【 注意事项 】 1. 斜槽安装 : 实验中必须调整斜槽末端的切线水平 , 将小球放在斜槽末端水平部分 , 若没有明显的运动倾向 , 斜槽末端的切线就水平了。 2. 方木板固定 : 方木板必须处于竖直平面内 , 固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 3. 小球释放 : (1) 小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 (2) 小球开始滚下的位置高度要适中 , 以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 4. 坐标原点 : 坐标原点不是槽口的端点 , 应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。 5. 初速度的计算 : 在轨迹上选取离坐标原点 O 点较远的一些点来计算初速度。 类型一　实验器材及操作 【 典例 1】 (1) 在做“研究平抛物体的运动”实验时 , 除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外 , 下列器材中还需要的是 ________ 。  A. 停表　　 B. 坐标纸　　 C. 天平　　 D. 弹簧秤 E. 重垂线 (2) 实验中 , 下列说法正确的是 ________ 。  A. 应使小球每次从斜槽上相同的位置无初速度滚下 B. 斜槽轨道必须光滑 C. 斜槽轨道末端可以不水平 D. 为使描出的轨迹更好地反映真实运动 , 记录的点应适当多一些 E. 为了比较准确地找出小球运动的轨迹 , 应该用一条曲线把所有的点都连接起来 【 解析 】 (1) 在做“研究平抛物体的运动”实验时 , 除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外 , 还需要重垂线 , 用来确保小球抛出是在竖直平面内运动 ; 还需要坐标纸 , 便于确定小球间的距离。故 B 、 E 正确。 (2) 为了能画出平抛运动轨迹 , 首先保证小球做的是平抛运动 , 所以斜槽轨道不一定要光滑 , 但必须是水平的。同时要让小球总是从同一位置释放 , 这样才能找到同一运动轨迹上的几个点 , 不需要把所有的点都连接起来 , 而是让更多的点分布在曲线两边。要使描出的轨迹更好地反映真实运动 , 记录的点应适当多一些。故 A 、 D 正确 ,B 、 C 、 E 错误 ; 故选 A 、 D 。 答案 : (1)B 、 E 　 (2)A 、 D 类型二　实验数据的处理 【 典例 2】 (1) 如图所示是研究平抛物体运动的 演示实验装置 , 实验时 , 先用弹簧片 C 将 B 球紧压 在 DE 间并与 A 球保持在同一水平面上 , 用小锤 F 击打弹簧片 C,A 球被水平抛出 , 同时 B 球自由下 落。实验几次 , 无论打击力大或小 , 仪器距离地面高或低 , 我们听到 A 、 B 两球总是同时落地 , 这个实验 ( 　　 ) A. 说明平抛物体的运动水平方向是匀速运动 B. 说明平抛物体的运动的两个分运动具有同时性 C. 说明平抛物体的运动是自由落体和匀速直线运动的合运动 D. 说明平抛物体的运动在竖直方向上是自由落体运动 , 水平方向速度大小不影响竖直方向上的运动 (2) 某学生在做“研究平抛物体运动”的实验中 , 忘记记下小球做平抛运动的起点位置 O,A 为物体运动一段时间后的位置 , 如图所示 , 求出物体做平抛运动的初速度大小为 ________ 。 (g 取 10 m/s 2 )  (3) 为了探究影响平抛运动水平射程的因素 , 某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了 6 次实验 , 实验数据记录如表 : 序号 抛出点的高度 (m) 水平初速度 (m/s) 水平射程 (m) 1 0.20 2 0.40 2 0.20 3 0.60 3 0.45 2 0.60 4 0.45 4 1.2 5 0.80 2 0.8 6 0.80 6 2.4 以下探究方案符合控制变量法的是 ________ 。  A. 若探究水平射程与高度的关系 , 可用表中序号为 1 、 3 、 5 的实验数据 B. 若探究水平射程与高度的关系 , 可用表中序号为 2 、 4 、 6 的实验数据 C. 若探究水平射程与初速度的关系 , 可用表中序号为 1 、 3 、 5 的实验数据 D. 若探究水平射程与初速度的关系 , 可用表中序号为 2 、 4 、 6 的实验数据 【 解析 】 (1) 由于两球同时运动 ,A 球做平抛运动 ,B 球做 自由落体运动 , 由于两球同时落地 , 因此说明 A 、 B 在竖 直方向运动规律是相同的 , 所以 D 正确 ,A 、 B 、 C 错误。 (2) 小球水平方向做匀速直线运动 , 由图知 x AB =x BC ,AB 、 BC 两段时间相同 , 在竖直方向 , 根据 Δy=gt 2 , 可求 t= 0.1 s, 再根据 x=vt, 可求水平方向速度为 v= =2 m/s 。 (3) 若探究水平射程和高度的关系 , 应保持初速度不变 ; 若探究水平射程和初速度的关系 , 应保持高度不变 , 所 以 A 正确 ,B 、 C 、 D 错误。 答案 : (1)D 　 (2)2 m/s 　 (3)A