高中物理 5.4《实验：研究平抛运动》课件4新人教必修2.ppt

实验 研究平抛运动 一 实验目的 1 用实验方法描出平抛物体的运动轨迹 2 从实验轨迹求平抛物体的初速度 二 实验器材 斜槽 铁架台 木板 白纸 小球 图钉 铅笔 有孔的卡片 刻度尺 重锤线 三 实验原理 用描迹法 平抛物体的运动可以看作是两个分运动的合运动 一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 令小球做平抛运动 利用描迹法描出小球的运动轨迹 即小球做平抛运动的曲线 建立坐标系 测出曲线上的某一点的坐标x和y 根据重力加速度g的数值 利用公式求出小球飞行时间t 再利用公式 求出小球的水平分速度 即为小球做平抛运动的初速度 四 实验步骤 1 安装调整斜槽 用图钉把白纸钉在竖直板上 在木板的左上角固定斜槽 可用平衡法调整斜槽 即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处 能使小球在平直轨道上的任意位置静止 就表明水平已调好 2 调整木板 用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向 并使木板平面与小球下落的竖直面平行 然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上 固定木板 使在重复实验的过程中 木板与斜槽的相对位置保持不变 3 确定坐标原点o 把小球放在槽口处 用铅笔记下球在槽口时球心在白纸上的水平投影点o o即为坐标原点 4 描绘运动轨迹 在木板的平面上用手按住卡片 使卡片上有孔的一面保持水平 调整卡片的位置 使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔 而不擦碰孔的边缘 用铅笔在卡片缺口处的白纸上点个黑点 这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置 保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滑下 用同样的方法 可找出小球平抛轨迹上的一系列位置 5 计算初速度 取下白纸 以o点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴 用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹 用公式x v0t和y gt2 2计算出小球的初速度v0 最后计算出v0的平均值 并将有关数据记入表格内 在曲线上选取a b c d e f六个不同的点 用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y 五 注意事项有 斜槽末端的切线必须水平 方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行 并使小球的运动靠近图板但不接触 坐标原点 小球做平抛运动的起点 不是槽口的端点 应是小球在糟口时球的球心在木板上的水平投影点 如果是用白纸 则应以小球在糟口时球的球心在木板上的水平投影点为坐标原点 在斜槽末端悬挂重锤线 先以重锤线方向确定y轴方向 再用直角三角板画出水平线作为x轴 建立直角坐标系 每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始下滑 要在平抛轨道上选取距o点远些的点来计算球的初速度 这样可使结果的误差较小 例1 1998年上海 在做 研究平抛运动 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不同c 每次必须由静止释放小球d 记录小球位置用的木条 或凹槽 每次必须严格地等距离下降e 小球运动时不应与木板上的白纸 或方格纸 相触f 将球的位置记录在纸上后 取下纸 用直尺将点连成折线 ace 练习1 在 研究平抛物体的运动 实验时 已备有下列器材 白纸 图钉 平板 铅笔 弧形斜槽 小球 刻度尺 铁架台 还需要下列器材器材中的 a 秒表b 天平c 重锤线d 测力计 c 练习2 在研究平抛物体运动的实验中 如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同 则正确的是 a 小球平抛的初速度不同b 小球每次做不同的抛物线运动c 小球在空中运动的时间每次均不同d 小球通过相同的水平位移所用时间均不同 abd 练习3 在研究平抛运动的实验中 让小球多次从斜槽上滚下 在白纸上依次记下小球的位置 某甲和某乙得到的记录纸分别如图所示 从图中明显看出甲的实验错误是 乙的实验错误是 槽底不水平 每次释放小球的高度不同 练习4 下列哪些因素会使本实验的误差增大 a 小球与斜槽之间有摩擦b 建立坐标系时 以斜槽末端端口位置为坐标原点c 安装斜槽时其末端不水平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 bc 例2 如图为某小球做平抛运动时 用闪光照相的方法获得的相片的一部分 图中背景方格的边长为5cm g 10m s2 则 1 小球平抛的初速度vo m s 2 闪光频率f h2 3 小球过a点的速率va m s 解 由自由落体运动规律 y gt2 2 0 05 0 1m t 0 1sf 10hz x v0t v0 x t 3 0 05 0 1 1 5m s vby y1 y2 2t 8 0 05 0 2 2m s vay vby gt 2 1 1m s va2 vay2 v02 1 2 25 3 25 va 1 8m s 1 5 10 1 8 练习1 在 研究平抛运动 实验中 某同学只记录了小球运动途中的a b c三点的位置 取a点为坐标原点 则各点的位置坐标如图所示 当g 10m s2时 下列说法正确的是 a 小球抛出点的位置坐标是 0 0 b 小球抛出点的位置坐标是 10 5 c 小球平抛初速度为2m sd 小球平抛初速度为1m s bd 练习2 在做 研究平抛物体的运动 这一实验时 下面哪些说法是正确的 a 安装弧形槽时 必须使槽的末端的切线方向保持水平b 进行实验时 每次都要让小球从同一位置由静止释放c 小球与槽的摩擦不可避免 但这不影响实验结果d 为了得到实验结果 不要忘记用天平称出小球的质量 ab 练习3 一学生做 研究平抛物体的运动 实验时 画运动轨迹只在白纸上画出了与初速度平行的ox轴 忘了画坐标原点和oy轴 而且也只画出了中间一部分轨迹 如图所示 如何只用一刻度尺得出小球的初速度 不需测实际数据只用物理量的符号代表所测量 测量方法 简答 得到的v0 解析 任取水平间距相等的三点1 2 3 如图示 测量水平间距s 竖直间距y1 y2 练习4 某学生在 研究平抛运动 的实验中有如下操作步骤 试按合理的顺序将步骤序号填在下面的线上 a 用铅笔在白纸上记下抛出点位置o b 取下白纸 用平滑曲线连接小球依次通过的各点 得出平抛运动轨迹 c 用重锤线和直尺画出过o点的竖直线oy d 用三角板画出过o点的水平线ox e 安装斜槽 并使槽的末端切线沿水平方向 f 每次都从斜槽的定位卡处由静止释放小球 并用铅笔在白纸上依次记下小球通过各点的位置 g 将白纸钉在木板上 并竖直固定木板 h 在平抛运动轨迹上取a b c三点 用三角板和刻度尺 分别量出三点的水平位移x和竖直位移y i 利用水平和竖直位移x y 计算三次平抛的初速vo 再求出三次的平均值作为测量最后结果 e g a d c f b h i 练习5 95年高考 在研究平抛物体运动的实验中 用一张印有小方格的纸记录轨迹 小方格的边长l 1 25cm 若小球在平抛运动中先后经过的几个位置如图中的a b c d所示 则小球平抛的初速度的计算式为v0 用l g表示 其值是 g取9 8m s2 解析 由平抛运动规律 y gt2 l x v0t v0 x t 2l t 代入数字l 1 25cm 1 80m 得到v0 0 70m s 0 70m s 练习6 如图 a 是研究平抛运动 的实验装置图 b 是实验后在白纸上作的图 1 在 a 图上标出o点及ox oy轴 并说明这两条坐标轴是如何作出的 答 2 固定斜槽轨道时应注意使 3 实验过程中需经过多次释放小球才能描绘出小球平抛运动的轨迹 实验中应注意 4 计算小球平抛初速度的公式为vo 根据图 b 给出的数据 可计算出vo m s 利用重锤线作oy轴 再垂直于oy作ox轴 斜槽末端切线水平 每次都从同一高度处无初速度滚下 1 6 例3 一个同学在 研究平抛物体的运动 实验中 只画出了如图所示的一部分曲线 于是他在曲线上取水平距离 s相等的三点a b c 量得 s 0 2m 又量出它们之间的竖直距离分别为h1 0 1m h2 0 2m 利用这些数据 可求得 1 物体抛出时的初速度为m s 2 物体经过b时竖直分速度为m s 3 抛出点在a点上方高度为m处 解析 1 先求t 据 求得 t 0 1s 2m s 2 1 5m s 3 设抛出点在a点上方高度为h 下落到点a的时间为t 则有 由此两式可求得h 0 0125m 若只有米尺 将玩具手枪子弹从某一高度处水平射出 用米尺测量射出时离地面的高度h和水平射程s 则子弹初速度 例4 利用手头的常用仪器 粗略测定玩具手枪子弹射出时的初速度 除玩具手枪外 所给的测量仪器为 只有秒表 只有米尺 解 若只有秒表 将玩具手枪从地面竖直向上发射子弹 用秒表记下从发射到子弹落会地面所用的时间t 则子弹上升的时间为t 2 故子弹初速度v0 gt 2 05年南京质量检测二11 2 某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置 如图 在水平桌面上放置一个斜面 让钢球从斜面上由静止滚下 钢球滚过桌边后便做平抛运动 在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板 木板由支架固定成水平 木板所在高度可通过竖直标尺读出 木板可以上下自由调节 在木板上固定一张白纸 该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验 a 实验前在白纸上画一条直线 并在线上标出a b c三点 且ab bc 如图 量出ab长度l 20 00cm b 让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下 调节木板高度 使得钢球正好击中a点 记下此时木板离桌面的高度h1 70 00cm c 让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下 调节木板高度 使得钢球正好击中b点 记下此时木板离桌面的高度h2 80 00 cm d 让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下 调节木板高度 使得钢球正好击中c点 记下此时木板离桌面的高度h3 100 00cm 则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小vo m s 钢球击中b点时其竖直分速度大小为vby m s 已知钢球的重力加速度为g 10m s2 空气阻力不计 2 0 1 5 解 按题意画出运动示意图如图示 由匀变速运动的特点 h gt2 h 100 80 80 70 10cm 0 1m t 0 1s v0 l t 2m s vby h3 h1 2t 1 5m s 例5 某同学设计了一个研究平抛运动的实验 实验装置示意图如图1所示 a是一块平面木板 在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽 图中popo 槽间距离均为d 把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板b上 实验时依次将b板插入a板的各插槽中 每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放 等打完一