高考物理一轮复习资料 4.4 实验：研究平抛运动的规律课件 沪科版.ppt

学案4实验 研究平抛运动的规律 一 实验目的 原理1 实验目的 1 用描迹法描出平抛物体的运动轨迹 2 求出平抛物体的初速度 2 实验原理 1 平抛运动可以看作是由两个分运动合成 一个是在水平方向上的匀速直线运动 其速度等于平抛物体运动的初速度 另一个是在竖直方向上的自由落体运动 2 在水平分运动中 运用x v0t 在竖直分运动中 运用y 1 2 gt2或 y gt2 二 实验器材斜槽 附挡球板和铅垂线 水准仪 小钢球 木板 竖直固定支架 刻度尺 三角板 白纸 图钉 定点用的有孔卡片 重锤 铅笔等 说明 定点用的有孔卡片的制作要求如图所示 在方形硬纸上沿中间实线挖出一个孔 孔宽 a 应稍大于钢球直径 孔长 b 一般大于钢球直径 三 实验步骤及安装调整 参考方案 其他合理方案均可 说明 如果没有水准仪 则可将钢球放于槽的末端 调节斜槽后 轻轻拨动钢球 若钢球能在任何位置平衡 说明达到要求 2 用图钉将白纸钉在木板上 让木板左上方靠近槽口处桌面边缘 用支架将木板竖直固定 使小球滚下飞出槽口后的轨迹平面距板面平行 3 将小球飞离斜槽末端时的球心位置投影到白纸上描点o 并过o沿重垂线用直尺描出竖直方向 4 选择钢球从槽上滚下的合适初位置q 在q点放上挡球板 5 将小球从斜槽上释放 用中心有孔的卡片靠在纸面上并沿纸面移动 当飞行的小球顺利地穿过卡片上小孔时 在小孔靠近纸面所在处做上记号 重复该步骤 描下至少5个不同位置的对应点 1 描述平抛物体运动的轨迹 1 将斜槽放在桌面上 让其末端伸出桌面边缘外 借助水准仪调节末端 使槽末端切线水平 随之将其固定 如图所示 2 求小球平抛的初速度 1 以o为坐标原点 用三角板在白纸上建立xoy坐标系 2 在轨迹线上选取点m 并测出它的坐标值 x y 代入公式vx x 计算水平初速度 3 再在曲线上选取不同点 重复步骤 2 测量 计算水平初速度 最后求出其平均值 即为小球平抛初速度的测量值 四 注意事项1 在调整安装时 应保证斜槽末端切线水平 确保钢球飞出后做平抛运动 应使木板 包括白纸 靠近槽口 竖直且与小球运动轨迹所在平面平行 确保运动小球靠近木板 但不接触木板 2 在实验中应使用斜槽挡球板 保证小球每次均从同一位置无初速度释放 3 在取下白纸前 应在白纸上记下小球飞离槽口时末端球心位置o o是钢球球心在图板上的水平投影点 而不是斜槽末端点的投影点 确定坐标轴原点 并用重锤线过o作竖直线 以准确确定坐标系的y轴 4 在轨迹曲线上选点时 应选离坐标原点稍远的点用以测量计算 这样可减小误差 6 把白纸从木板上取下来 将前面描述的一系列点用平滑的曲线连接起来 即为小球平抛运动的轨迹 五 误差来源及分析1 小球不能做平抛运动 空气阻力的影响 斜槽末端点的切线不水平 2 小球每次释放时最初状态不完全相同 如高度 初速度等 导致白纸上所标的小球的各个位置不代表同一平抛曲线上的点 3 小球实际的运动轨迹与竖直板不完全平行 4 白纸上标出的抛出点不准确 带来测量位移的误差 5 白纸上标出的小球位置太少 会带来描绘轨迹曲线的误差 6 选取点测量其竖直 水平位移有测量误差 考点1实验步骤及注意事项 例1 研究平抛物体的运动 实验中 为了描出物体的运动轨迹 实验应有下列各个步骤 a 以o为原点 画出与y轴相垂直的水平x轴b 把事先做好的有缺口的纸片用手按在竖直木板上 使由斜槽上滚下抛出的小球正好从纸片的缺口中通过 用铅笔在白纸上描下小球穿过这个缺口的位置c 每次都使小球从斜槽上固定的位置开始滚下 用同样的方法描出小球经过的一系列位置 并用平滑的曲线把它们连接起来 这样就描出了小球做平抛运动的轨迹d 用图钉把白纸钉在竖直木板上 并在木板的左上角固定好斜槽e 在斜槽末端拉高一个小球半径处定为o点 在白纸上把o点描下来 利用重垂线在白纸上画出过o点向下的竖直线 定为y轴在上述实验中 缺少的步骤f是 正确的实验步骤顺序是 解析 在研究 平抛物体运动 实验中 测量误差的重要因素之一是斜槽末端切线是否水平 答案 缺少步骤f是 调整斜槽 使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置 说明斜槽末端切线已水平 正确步骤顺序是 d f e a b c 1 用斜槽做平抛运动实验时 1 实验装置的调整要求a b 2 作出平抛运动的轨迹后 为算出其初速度 实验中需测量的数据有a b 其初速度v0的表达式为 答案 1 它的末端槽口的切线要保持水平固定斜槽的平板要竖直在实验中 要保持实验的重复性 要记录好抛出点的位置 2 取某处与槽口的水平位移取同一处对槽口的竖直位移v0 x 考点2实验误差分析 例2 下列哪些因素会使 研究平抛物体的运动 实验的误差增大 a 小球与斜槽之间有摩擦b 安装斜槽时其末端不水平c 建立坐标系时 以斜槽末端端口位置为坐标原点d 根据曲线计算平抛运动的初速度时 在曲线上取作计算的点离原点o较远 解析 从本实验的实验目的来看 就是要 描出平抛物体的运动轨迹 并求出平抛物体的初速度 有的学生认为如果小球与斜槽之间有摩擦 小球离开斜槽末端的平抛初速度比光滑斜槽的小 而错选了a 如果仔细考查一下小球在斜槽中的运动 实验中要求 应使小球每次从槽上滚下时开始的位置都相同 目的就是要保证小球离开斜槽末端时的平抛初速度相等 而y 1 2 gt2 x v0t 得v0 x 其中x y均是由刻度尺进行测量的 计算点距抛出点o越远 x y值就越大 误差越小 因此小球与斜槽之间有摩擦 只要保证小球每次从槽上滚下的初始位置都相同 平抛时的初速度就都相同 不会引起误差 如果安装斜槽时其末端不水平 其运动就不是平抛运动而是斜抛运动 会引起误差 应以斜槽末端小球重心所在位置为坐标原点 否则引起误差 在曲线上取作计数的点取值范围越大 误差越小 选项b c正确 2 某同学按图安装好器材 进行实验 记下小球穿过卡片孔的一系列位置a b c d e 图中未标出 取下白纸 分析发现小球抛出点o没有记下 于是他用平滑曲线将a b c d e点连接起来并延长到纸边缘 把抛物线与纸边缘的交点定为o点 以o为原点 正确建立坐标系 测出曲线上某点的坐标x和y 利用v0 求出小球做平抛运动的初速度v0 1 该装置有一处错误 就是 2 假设该同学描出的小球做平抛运动的轨迹是准确的 由于装置上的错误 使得他这样测得的v0值与其真实值相比 填 偏大 偏小 或 相等 竖直板上白纸没靠近斜槽末端 偏小 考点3实验数据处理 例3 某同学在做 研究平抛物体的运动 实验时 没有记下小球的抛出点o的位置 于是他根据实验中记录的点描述运动轨迹曲线后 以该段曲线的起点为空间坐标系的原点建立一个直角坐标系 然后在该段曲线上取了三点1 2 3 其坐标分别为 0 100 0 140 0 200 0 378 0 300 0 714 单位是m 如图所示 根据这些数据计算 1 小球平抛的初速度 2 小球抛出点的坐标 解析 本题旨在考查对实验基本数据的处理能力 关键是平抛物体的运动的合成与分解的正确分析 易错点是没有灵巧运用相邻水平等距点的等时性原理 2 在匀变速直线运动中 一段时间内的平均速度等于该段时间中点的即时速度 则在y轴方向有 vt 2 x1 t 0 140 0 100m s 1 400m s 小球运动到坐标原点的时间为 t vt 2 g t 2 1 40 9 8 0 050 s 0 093s 则小球抛出点的坐标x0和y0分别为 x0 vt 1 00 0 093s 0 093m y0 gt2 2 9 8 0 0932 2m 0 042m y gt2 t 由题中所给数据得 y1 y2 y1 0 378 0 140 0 140 m 0 098m y2 y3 y2 0 714 0 378 0 378 0 140 m 0 098m 把 y值代入上式有 t s 0 100s 小球平抛的初速度为 v x t 0 100 0 100m s 1 00m s 1 小球在x轴方向做匀速直线运动 由题给各点的x轴坐标差 x x3 x2 x2 x1 x1 x0 0 100 m 其中x0 0 为坐标原点 可知