试验五探究平抛运动的规律

实验五实验五 探究平抛运动的规律探究平抛运动的规律 一 实验目的 1 用实验的方法描出平抛运动的轨迹 2 根据平抛运动的轨迹求其初速度 二 实验原理 1 用描迹法画出小球平抛运动的轨迹 2 建立坐标系 测出轨迹上某点的坐标 x y 根据 x v0t y gt2得初速度 v0 x 1 2 g 2y 三 实验器材 斜槽 小球 方木板 铁架台 白纸 图钉 重垂线 三角板 铅笔 刻度尺 四 实验步骤 1 安装调平 装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 建坐标系 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 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 沿重垂线的方向画出过坐标 原点的竖直线 作为 y 轴 过 O 点画出水平向右的 x 轴 3 确定球位置 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 值 然后让小球由同一位置自由滚下 在粗 略确定的位置附近利用带孔的硬纸板较准确地找出小球通过的位置 并在坐标纸上用铅 笔记下该点 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 gt2和 x v0t 求出小球做平抛运动的初速度 v0 最后算出 v0的平均值 1 2 ABCDEF x mm y mm v0 x m s g 2y v0的平均值 2 验证轨迹是抛物线 抛物线的数学表达式为 y ax2 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 检查是否水平的方法是 将小球放在斜槽末端水 平部分 将其向两边各轻轻拨动一次 看其是否有明显的运动倾向 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位置滚下 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 八 获得平抛运动轨迹的其他方法 1 喷水法如图 1 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 直管的作用是保 证 A 处的压强等于大气压强 使弯管喷出水的速度 平抛初速度 不受 瓶内液面的影响 图 1 水从喷嘴中喷出 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 用数码相机可记录下平抛运动的轨迹 如图 2 所示 由于相 邻两帧照片间的时间间隔是相等的 只要分别测量相邻两照 片上小球的水平位移和竖直位移 就很容易判断平抛运动水 平方向和竖直方向上的运动特点 例 1 1 在做 探究平抛运动的规律 的实验时 让小球多次沿 同一轨道运动 通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹 为了能 较准确地描绘运动轨迹 下面列出了一些操作要求 将你认为不 图 2 正确的选项前面的字母填在横线上 A 通过调节使斜槽的末端保持水平 B 每次释放小球的位置必须相同 C 每次必须由静止释放小球 D 小球运动时不应与木板上的白纸相接触 E 将球的位置记录在纸上后 取下纸 用直尺将点连成折线 2 某同学在做 探究平抛运动的规律 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 根据图 3 所示 求出物体做平抛运动的初速度为 m s 例 2 2011 安徽巢湖市第一次教学质量检测 如图 4 所示 在 用斜槽轨道做 探究平抛运动的规律 的实验时让小球多次沿 图 3 同一轨道运动 通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹 图 4 1 为了能较准确地描出运动轨迹 下面列出了一些操作要求 不正确的是 A 通过调节使斜槽的末端保持水平 B 每次释放小球的位置可以不同 C 每次必须由静止释放小球 D 小球运动时不应与木板上的白纸 或方格纸 相接触 2 图 5 中 A B C D 为某同学描绘的平抛运动轨迹上的几个点 已知方格边长为 L 则小 球的初速度 v0 B 点的速度大小 vB 重力加速度为 g 图 5 例 3 如图 6 所示为频闪摄影方法拍摄的探究物体做平抛运动规律 的照片 A B C 为三个同时由同一点出发的小球 AA 为 A 球 在光滑水平面上以速度 v 运动的轨迹 BB 为 B 球以速度 v 被水平 抛出后的运动轨迹 CC 为 C 球自由下落的运动轨迹 通过分析 上述三条轨迹可得出结论 图 6 1 2 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 为了研究平抛物体的运动 可做下面的 实验 如图 7 所示 用小锤击打弹性金属片 使 A 球水平飞出 同时松开 B 球 使其做自由落体运动 结果两球同时落到地面 这个 实验 A 只能说明上述规律中的第 条 图 7 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 8 所示 为通过实验得到的一条平抛运动的轨迹 在竖直坐 标轴 y 上 从原点开始 向下任取一个坐标为 h 的点 再找到坐标 为 4h 9h 16h 的点 过这些点做水平线 与轨迹分别相交于 A B C 各点 交点的横坐标分别为 OA OB OC 用直 尺量得 OA A B B C 这说明 图 8 A 因为小球从 O 到 A A 到 B B 到 C 的运动时间不等 所以平抛运动沿水平方向的 分运动是变速运动 B 因为小球从 O 到 A A 到 B B 到 C 的运动时间在增加 所以平抛运动沿水平方向的 分运动是减速运动 C 因为小球沿竖直方向的分运动是初速度为零的匀加速直线运动 所以在小球运动过 程中从 O 到 A A 到 B B 到 C 的运动时间都是相等的 故平抛运动沿水平方向的分 运动是匀速直线运动 D 由于小球沿竖直方向的分运动不是初速度为零的匀加速直线运动 所以平抛运动沿 水平的分运动不是匀速直线运动 3 在 探究平抛运动的规律 的实验中 可以描绘出小球平抛运动的轨迹 实验简要步骤 如下 A 让小球多次从 位置滚下 记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置 B 安装器材 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 4 在 探究平抛运动的规律 的实验中 1 为使小球水平抛出 必须调整斜槽 使其末端的切线成水平方向 检查方法是 2 小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上 然后从这一点画水平线和竖直线作为 x 轴和 y 轴 竖直线是用 来确定的 3 验证实验得到的轨迹是否准确的一般方法是 在水平方向从起点处取两段连续相等 的位移 再作平行于 y 轴的直线交于曲线两点 则两段 y 轴方向上的位移大小之比为 4 某同学建立的直角坐标系如图 9 所示 假设他在安装实验装置和进 行 其他操作时都准确无误 只有一处失误 即是 5 该同学在轨迹上任取一点 M 测得坐标为 x y 则初速度的测量 值为 真实值为 图 9 5 试根据平抛运动原理 设计 测量弹射器射出的弹丸初速度 的实验方法 提供的实验器材如下 弹射器 含弹丸 如图 10 所示 铁架台 带有夹具 米尺 1 画出实验示意图 图 9 2 在安装弹射器时应注意 3 实验中需要测量的量为 并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 6 某同学用图 11 甲所示装置做 研究平抛运动 的实验 根据实验结果在坐标纸上描出 了小球水平抛出后的运动轨迹 但不慎将画有轨迹图线的坐标图丢失了一部分 剩余部 分如图乙所示 图乙中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表 0 10 m P1 P2和 P3 是轨迹图线上的 3 个点 P1和 P2 P2和 P3之间的水平距离相等 完成下列填空 重力加速度取 9 8 m s2 图 11 1 设 P1 P2和 P3的横坐标分别为 x1 x2和 x3 纵坐标分别为 y1 y2和 y3 从图乙中可 读出 y1 y2 m y1 y3 m x1 x2 m 保留两位小数 2 若已测知抛出后小球在水平方向做匀速运动 利用 1 中读取的数据 可求出小球从 P1运动到 P2所用的时间为 s 小球抛出后的水平速度为 m s 均可用根 号表示 7 在 探究平抛运动的规律 的实验中 用一张印有小方格的纸记录物体的运动轨迹 小 方格的边长 L 1 6 cm 若小球的平抛运动轨迹中的几个位置如图 12 中的 a b c d 所 示 则小球平抛运动的初速度的计算式为 v0 用 L g 表示 其值是 g 10 m s2 小球在 b 点的速率为 取两位有效数字 图 12 答案答案 课堂探究 例 1 1 E 2 2 0 例 2 1 B 2 2 Lg 41Lg 2 例 3 1 做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动 2 做平抛运动的物体在竖直方向 上做自由落体运动 随堂训练 1 B 2 C 3 1 斜槽上的相同 斜槽末端切线水平 方木板竖直且与小球运动轨迹所在竖直面平行 2 BAC 4 1 将小球放在端点处 看它是否滚动 2 重垂线 3 1 3 4 将坐标原点取在了槽口 处 5 x x g 2y g 2 y r 5 见解析 解析 1 实验