实验五　探究平抛运动的特点

实验五探究平抛运动的特点1.小羽同学尝试利用数码相机和视频软件研究平抛运动.在平抛运动演示仪表面贴上坐标纸,拍摄出小球做平抛运动的一段视频.利用FreeVidcotoJPG软件将视频转化为图片,若视频帧格式是每秒30帧,即通过软件每秒可生成30张图片,在图片中选出有小球画面的连续7张图片,并依次对齐叠加,得到小球做平抛运动时连续时刻的像,如图所示.以坐标纸的左上角为坐标原点,以水平向右为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向建立直角坐标系,读取小球水平方向和竖直方向的位置,记录到表格中.位置xn(m)yn(m)yn-yn-1(m)10.0000.000—20.0250.0100.01030.0480.0290.01940.0700.0580.02950.0940.0990.04160.1170.1500.05170.1390.2120.062(1)叠加后图片中小球相邻两个像的时间间隔是0.033s,小球水平方向的平均速度为0.70m/s.(结果保留两位有效数字)

(2)用逐差法计算小球的加速度,则a=9.6m/s2(结果保留两位有效数字).

[解析](1)通过软件每秒可生成30张图片,可知叠加后图片中小球相邻两个像的时间间隔是T=1f=130s≈0.033s,小球水平方向的平均速度为v=xt=(2)小球在竖直方向做匀加速直线运动,利用逐差法可得a=0.062-0.029+0.0512.某科学兴趣小组要验证小球平抛运动的规律,实验设计方案如图甲所示,用轻质细线拴接一小球,在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板,已知悬线长为L,悬点到木板的距离OO'=h(h>L).(1)将小球向左拉起后自由释放,最后小球落到木板上的C点,O'C=x;(2)图乙是以竖直方格板为背景通过频闪照相得到的照片,每个格的边长l0=5cm,通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置,如图所示,则该频闪照相的周期为0.1s,小球做平抛运动的初速度为1.5m/s(g取10m/s2);

(3)在其他条件不变的情况下,若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角θ,小球落点与O'点的水平距离x将随之改变,经多次实验,以x2为纵坐标、cosθ为横坐标,得到如图丙所示图像,则当θ=30°时,x为

2-3m(答案可带根号[解析](2)在竖直方向上,Δy=2l0=gT2,解得T=0.1s,则小球平抛运动的初速度v0=3l0T=3×0.(3)由图丙可知,x2=2.0-2cosθ,当θ=30°时,x=2-33.某同学利用图甲所示装置研究平抛运动的规律,实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图乙所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像).图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5cm,该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图乙中标出.完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图乙中位置A时,其速度的水平分量大小为1.0m/s,竖直分量大小为2.0m/s;

(2)根据图乙中数据可得,当地重力加速度的大小为9.7m/s2.

[解析](1)频闪仪闪光周期T=0.05s,每个方格的边长L=5cm=0.05m.小球平抛运动水平方向速度vx=LT=1.0m/s.竖直方向是自由落体运动,小球在位置A时竖直方向的速度vy=8.6+11.02×0.05×10(2)竖直方向为匀加速直线运动,且间隔时间相等,g=13.4+11.0-8.6-6.14.如图所示,一农用水泵装在离地面一定高度处,其出水管是水平的,现仅有一钢卷尺,请你粗略地测出水流出管口的速度大小和从管口到地面之间空中水柱的质量(已知水的密度为ρ,重力加速度为g):(1)除了已测出的水管内径L外,你需要测量的物理量是(写出物理量名称和对应的字母):水的水平射程x、管口离地的高度h;

(2)水流出管口的速度表达式为v=xg2h;((3)空中水的质量的表达式为m=

πρxL24[解析](1)水流出管口后做平抛运动,需要测出水的水平射程x,管口离地的高度h.(2)设管口离地高度为h,水柱的水平射程为x,水在空中的运