试验验证平抛运动

1、第3节实验：研究平抛运动、实验目的(1) 描出平抛物体的运动轨迹，并验证轨迹是一条抛物线。(2) 根据运动轨迹求平抛物体的初速度。二、实验原理x v0t、y12gt2，令小平抛运动可以看做两个分运动的合成， 一个是水平方向的匀速直线运动， 另一个是竖直 方向的自由落体运动。在直角坐标系上，它们的位移方程分别表示为 球做平抛运动， 利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹， 则可作出小球做平抛运动的曲线。 建1 立坐标系后，对曲线上的任一点均可求出其横坐标x、纵坐标 y，用公式 y 12gt2 可求出小球从原点到该点的运动时间，再用公式xv0t 则可求出小球做平抛运动的初速度。三、实验器材斜槽、小球、方

2、木板、铁架台、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。图 5 31四、实验步骤1安装调平 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。如图 531 所示。2建立坐标系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(轨道末端 )时球心动轨迹所在平面平行且靠近，把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口在木板上的投影点 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确定球的位置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

3、值，然后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。 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。五、数据处理1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、三1 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 21gt2和 xv0t， 求出小球做平抛运动的初速度 v0，最后算出 v0 的平均值。ABCDEFx/mmy/mmv0x g/2y /（m s1）v0 的平

4、均值2验证轨迹是抛物线抛物线的数学表达式为 yax2，将某点 (如 B 点)的坐标 x、y 代入上式求出常数 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近似都成立， 则说明所 描绘得出的曲线为抛物线。六、误差分析(1) 斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。(2) 确定小球运动的位置时不准确。(3) 量取轨迹上各点坐标时不准确。七、注意事项(1) 实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端任一位置，看其是否能静止 )。(2) 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) 小球每次必须从斜槽上同一

5、位置由静止滚下。(4) 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) 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。(6) 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。图 5 3 2八、获得平抛运动轨迹的其他方法1.喷水法如图 532 所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口 的细管，其中一根弯成水平，加上一个很细的喷嘴。水从喷嘴中射出， 在空中形成弯曲的细水柱， 它显示了平抛运动的轨迹。 将它描在背后 的纸上，进行分析处理。2频闪照相法用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹，如图533 所示。实验原理及实验

6、步骤图 5 3 3由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的，只要测量相邻两照片上 小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。例 1 在“探究平抛物体的运动规律”的实验中， 可以描绘出小球做平抛运动的轨迹， 实验简要步骤如下：A 让小球多次从 位置上滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置。B安装好器材，注意 ，记下平抛初位置 O 点和过 O 点的竖直线。C取下白纸，以 O为原点，以竖直线为 y 轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛运动物 体的轨迹。(1) 完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。(2) 上述实验步骤的合理顺序是 。解析 (1)A 中为了保证小球每次平抛初速度相同，轨迹重合，

7、应让小球从同一位置滚下。B 中为了保证小球做平抛运动，要注意斜槽末端切线水平。(2)上述实验步骤的合理顺序是BAC 。答案 (1)A .同一 B斜槽末端切线水平 (2)BAC实验数据的处理图 5 3例 2 在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹， 小方格的边长 L 1.25 cm。若小球在做平抛运动途中的几个位置如图534 中 a、b、c、d 所示，则小球平抛的初速度 v0(用 L、g 表示 )，其值是 (g 取 9.8 m/s 2)。解析 根据题意，仔细审查图中 a、b、c、d 四点的相对位置，发现相邻的两点间的水T0，由于竖直方平距离均为 2L， 则物体在相邻的两点间运动时间

8、相等，设这个相等时间为向是加速度为 g 的匀加速运动 ，由 y aT2可得 L gT20，再由水平方向是匀速运动得 2Lv0T0，联立上述两式解得 v02 Lg 0.70 m/s。答案 2 Lg 0.70 m/s创新设计实验例 3试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度的实验方法。提供的实验器材有：弹射器 (含弹丸 ) 、铁架台 (带有夹具 )、米尺。(1)在图 535 中画出实验示意图。图 5 3 5(2)在安装弹射器时应注意： (3) 实验中需要测量的量 (在示意图中用字母标出 )： (4) 由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是(5) 计算公式为解析

9、如图所示。(2)安装时要注意弹射器应固定，且弹射器发射方向保持水平。(3) 实验中需测量弹丸射出的水平距离x 和弹射器与水平地面高度差(4) 在弹射器高度不变情况下多次实验，取x1，x2，xn 平均值 x 作为实验数据。答案 见解析 随堂基础巩固 ()1安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是A保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小B保证小球飞出时，初速度水平C保证小球在空中运动的时间每次都相等D保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析： 安装实验装置的过程中， 斜槽末端的切线必须是水平的， 这样做的目的是保证小 球以水平初速度抛出做平抛运动，故 B 正确。答案： B图 5

10、3 62.某学生在做“研究平抛运动”的实验中， 描出了如图 536 所示的几 个实验点，其中偏差较大的实验点 B 出现的原因可能是 ( )A小球滚下的高度较其他各次高B小球滚下的高度较其他各次低C小球滚下时具有一定的初速度D以上说法均有可能解析： 小球滚下的高度越低，其做平抛运动的初速度越小，其轨迹线越陡，越靠近 轴，所以可能原因为 B 。答案： B3在“研究平抛运动”的实验中，为了求平抛运动物体的初速度，需直接测量的数据 有 ()A小球开始滚下的高度B小球在空中飞行的时间C运动轨迹上某点 P 的水平坐标D 运动轨迹上某点 P 的竖直坐标解析： 由平抛运动规律，竖直方向 y12gt2，水平方向

11、 xv0t，因此 v0 x 2gy，可见只v0，故 C、 D 正确。要测得轨迹上某点 P 的水平坐标 x 和竖直坐标 y，就可求出初速度答案： CD4.某同学在做“研究平抛运动”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，根据如图537所示，求出物体做平抛运动的初速度为 m/s 。(g 取 10 m/ s2)图 5 3 7解析： 由题图可知 AB、BC 间的竖直距离 yAB15 cm0.15 m，yBC0.25 m因为 xABxBC 0.20 m，所以小球从 A 运动到 B 与从 B 运动到 C 的时间相同，设此时间为 t。据 yBC yAB gt2 得又

12、因为 xAB v 0t，所以图 5 3 8xAB 0.20v0 t 0.10 m /s 2.0 m/ s。答案： 2.05在做“研究平抛物体的运动”的实验时，通过描点法画出小球的平抛运动轨迹，并求出平抛运动的初速度。实验装置如图538 所示。(1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查木板是否水平，请简述你 的检查方法： (2)关于这个实验，以下说法正确的是 ( )A 小球释放的初始位置越高越好B每次小球要从同一高度由静止释放 C实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖直线是否竖直 D小球的平抛运动要靠近但不接触木板解析： (1)小球放在斜槽的末端任一位置都静止，说明末端切线水平无倾角。(

13、2)下落高度越高，初速度越大，一是位置不好用眼捕捉观察估测，二是坐标纸上描出 的轨迹图线太靠上边，坐标纸利用不合理， A 错；每次从同一高度释放，保证小球每次具有 相同的水平速度， B 对；木板要竖直且让球离开木板，以减少碰撞和摩擦，故C、 D 对。答案： (1)将小球放在斜槽的末端任一位置，看小球能否静止(或用水平仪检查木板是否水平)(2)BCD 6(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点：水平方向做匀速直线运动；竖直方向 做自由落体运动。 如图 539 所示为研究平抛运动的实验装置， 现把两个小铁球分别吸在 电磁铁 C、 E 上，然后切断电磁铁 C 的电源，使电磁铁 C 上的小铁球从轨道 A

14、 射出，并在 射出时碰到碰撞开关 S，使电磁铁 E 断电释放它吸着的小铁球， 两铁球同时落到地面。 这个实验 ( )A只能说明上述规律中的第条B只能说明上述规律中的第条C不能说明上述规律中的任何一条D能同时说明上述两条规律(2)如图 5310 所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，图中背景方格的 边长均为 5 cm。如果取 g 10 m/s2，那么：图 5 3 10 闪光频率是多少？ 小球运动中水平分速度是多少？ 小球经过 B 点时的速度是多少。解析： (1)由于左端小铁球平抛的同时，右端小铁球开始做自由落体运动，且两球同时落地， 说明平抛的小铁球在竖直方向上和右端小铁球做同样的运动，也做自由落体运动， 但无法说明平抛小铁球在水平方向