研究平抛物体的运动实验指导

研究平抛物体的运动实验目的 1、观察物体做平抛运动的规律并测定其速度。 2、学习记录曲线运动轨迹的一种方法。实验器材 平抛运动实验器，白纸，刻度尺。实验原理 平抛运动是坚直平面内的曲线运动，要把运动物体在不同时刻的位置记录下来，较好方法是频闪摄影。本实验采用一种简便的方法，依靠探测装置将做平抛运动的小钢球在若干不同时刻的位置记录在白纸上，依据这些记录点描绘运动的轨迹。这种方法的缺点是不能记录相应的时间。 已知在空气阻力可以忽略的条件下，平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成。设做平抛运动的物体的初速度为v0，从抛出的时刻起经过时间t的水平位移为x、竖直位移为y，则有x = v0 t 由这两式消去t得到运动方程 式中为恒量，因此平抛运动的轨迹为抛物线，轨迹上各点的y与对应的x2成正比。 测出轨迹上某一点的竖直位移y和水平位移x，代入上式即可求出物体的初速度v0。内容和方法1、按图51安装仪器。将白纸固定在竖直的木板B上，木板左上角固定弯轨道A。轨道末段要调成水平，检测的方法是将小球放在这段上几处，若都能静止就可以了。然后从轨道上部试放钢球，调节木板的竖直程度，使球在运动过程中会接触白纸。为了使球的运动轨迹能在纸上有正确的投影，还要靠目测使纸面与轨迹所在的平面平行。为了充分利用纸面空间，再试从轨道上不同高度释放钢球，直到球能从纸的右下角附近通过。将挡板C固定在这个合适的释放位置。注意观察，从轨道上不同高度释放，钢球做平抛运动的轨迹有什么不同，想一想这是平抛运动的哪个参数不同造成的。2、借助重锤线E画出通过轨道末端的竖直线。靠目测画出球放在轨道末端时球心在这条竖直线上的投影点O。3、按照图52所示的形状，用硬纸制作折成直角的卡片P，一个面上开有直径比球稍大的圆孔，另一面上对着圆孔中心处开一个小缺口Q。4、将钢球D从轨道上贴靠挡板C处释放，同时手持卡片P用手指按在R处使卡片贴在图51所示装置的纸上。调整卡片位置，使运动的小球恰好从圆孔中穿过而不撞击卡片。用笔对准缺口Q的中央在纸上画一个点，就记下了轨迹上一个点的位置。重复从C处释放小球，移动卡片记下轨迹上67个点的位置。平抛运动的起始段弯曲程度较大，点距要近些。5、取下白纸，以过O点的竖直线为y轴，再过O点画出与y垂直向右的x轴。想一想：怎样依据记录点画出平抛运动的轨迹？逐点用直线相连行吗？实际上轨迹是一条平滑的曲线但测定各点时存在误差，所以画轨迹时要从O点开始，照顾到各个点的分布，画出的曲线能从某些点通过和从另一些点附近通过就可以了。曲线必须是平滑变化的，处处都向上凸起，不可有下凹或成为直线之处。6、在画出的轨迹上任意取几个点（不一定是实验记录点）。以O为原点测出每个点的坐标x、y，计算各比值 k = y/x2，看各个 k值有什么关系。想一想为什么会有这样的关系。7、利用以上各点的数据计算初速度v0，求出其平均值。8、也可以改用图53甲所示的装置做实验。它和前一种的主要区别是记录钢球位置的方法不同。它有一个能沿导柱升降的水平接球板，接球板的上表面向着竖立的硬板倾斜，如图53乙所示。钢球落到接球板上时，受到板的作用力而压向复写纸，就在白纸上留下一个印痕，记下轨迹上一个点的位置。用销钉将接球板固定在不同高度，重复从斜槽上同一高度释放钢球，在白纸上打出一系列印痕，就可以画出钢球做平抛运动的轨迹了。 问题讨论l、本实验中可否用木球代替钢球？为什么？2、实验方法第6条中。若取各点的x值之比为1234，会有什么方便？3、求v0时，在轨迹上取的测量点距离起点O点近些还是远些好？为什么？（提示：从减小测量值的相对误差和空气阻力的影响两方面考虑）。4、实验中，如果忘记标记小球平抛运动的起点O就取下白纸，并且已测出的运动中的最高点A离起点又相当远只能画出平抛运动轨迹的后一段曲线AB，如图54所示，所幸纸上还有竖直方向线yy，但它不通过起点。怎样