4.4 实验：研究平抛运动的规律.ppt

1、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

2、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

3、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

4、；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

5、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

6、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

7、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

8、 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

9、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

10、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

11、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=0.140/0.100 m/s=1.400 m/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=0.093 s，则小球抛出点的坐标x0和y0分别为： x0=-vt=-1.000.093 s=-0.093 m， y0=-gt2/2=-9.80.0932/2 m=-0.042 m。,y=gT2,T= 。 由题中所给数据得： y1=y2-y1=(0.378-0.140-0.140) m=0.098 m， y2=y3-y2=(0.714-0.378)-(0.378-0.140) m=0.098 m， 把y值代入上式有：T= s=0.100 s。 小球平抛的初速度为： v=x/T=0.100/0.100 m/s=1.00 m/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，在0,1,2,