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1、实验课5 探究平抛运动的规律,-2-,一、实验目的 1.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。 2.会判断平抛运动的轨迹是不是抛物线。 3.会根据平抛运动的轨迹计算平抛运动的初速度。 4.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。 二、实验原理 用描迹法(或喷水法或频闪照相法)得到物体平抛运动的轨迹。 三、实验器材 斜槽、小球、方木板、图钉、刻度尺、重垂线、铅笔、白纸、铁架台。,-3-,四、实验步骤 1.按图甲所示安装实验装置,使斜槽末端水平(小球在斜槽末端点恰好静止)。 2.以水平槽末端端口上小球球心在木板上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。 3.使小球从斜槽上同一位置
2、由静止滚下,把笔尖放在小球可能经过的位置上,如果小球运动中碰到笔尖,就用铅笔在该位置画上一点。用同样方法,在小球运动路线上描下若干点。 4.将白纸从木板上取下,从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线,如图乙所示。,-4-,五、数据处理 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 方法一 公式法 (1)原理:若平抛运动的轨迹是抛物线,则当以抛出点为坐标原点,建立直角坐标系后,轨迹上各点的坐标应具有y=ax2的关系,而且同一轨迹a是一个特定的值。 (2)验证方法 用刻度尺测量几个点的x、y两个坐标,分别代入y=ax2中求出常量a,看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数。 方法二 图像法 建
3、立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应的y值和x2值,在y-x2坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,并求出该直线的斜率即为a值。,-5-,2.计算初速度 计算平抛运动的初速度可以分为两种情况 (1)平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点,测出该点离坐标原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出初速度v0。,-6-,(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点) 在轨迹上任取三点A、B、C(如图所示),使A、B间及B、C间的水平距离相等,由平抛运动的规律可知A、B间与B、C间的运动时间相等,设为t,则 h=hBC-hAB=gt2,-7-,六、误差分析 1.安装斜槽时,其末端
4、切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。 2.建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确产生误差。 3.小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。 4.确定小球运动的位置时,出现误差。 5.量取轨迹上各点的坐标时,出现误差。,-8-,七、注意事项 1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若能使小球在平直轨道上的任意位置静止,斜槽末端的切线就水平了。 2.方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 3.小球释放 (1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 (2)小球开始滚下的位
5、置高度要适中,以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 4.坐标原点:坐标原点不是槽口的端点,而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。 5.初速度的计算:在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。,-9-,考向1,考向2,考向3,实验原理与操作 例1(2019广西南宁三中月考)研究平抛物体的运动的实验装置如图甲所示。钢球从斜槽上滚下,经过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球,使球恰好从孔中央通过而不碰到边缘,然后对准孔中央在白纸上记下一点。通过多次实验,在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,用平滑曲线连
6、起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。,-10-,考向1,考向2,考向3,-11-,考向1,考向2,考向3,(1)实验所需的器材有:白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片,除此之外还需要的一项器材是 。 A.天平 B.停表 C.刻度尺 (2)在此实验中,小球与斜槽间有摩擦 (选填“会”或“不会”)使实验的误差增大;如果斜槽末端点到小球落地点的高度相同,小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,那么小球每次在空中运动的时间 (选填“相同”或“不同”)。 (3)图乙是在实验中记录的一段轨迹。已知小球是从原点O水平抛出的,经测量A点的坐标为(40 cm,20 cm),g取10 m/s2,则小球
7、平抛的初速度v0= m/s,若B点的横坐标为xB=60 cm,则B点纵坐标为yB= m。,-12-,考向1,考向2,考向3,(4)一同学在实验中采用了如下方法:如图丙所示,斜槽末端的正下方为O点。用一块平木板附上复写纸和白纸,竖直立于正对槽口前的O1处,使小球从斜槽上某一位置由静止滚下,小球撞在木板上留下痕迹A。将木板向后平移至O2处,再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,小球撞在木板上留下痕迹B。O、O1间的距离为x1,O、O2间的距离为x2,A、B间的高度差为y。则小球抛出时的初速度v0为 。,-13-,考向1,考向2,考向3,解析 (1)研究平抛运动的规律,还需要刻度尺测量水平位移和竖直位
8、移,故需刻度尺。 (2)为了保证小球平抛运动的初速度相等,每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放,小球与斜槽间的摩擦不会影响实验。小球每次滚下的初始位置不同,则平抛运动的初速度不同,平抛运动的时间由高度决定,与初速度无关,可知小球每次在空中运动的时间相同。,-14-,考向1,考向2,考向3,答案 (1)C (2)不会 相同 (3)2 0.45 (4)A,-15-,考向1,考向2,考向3,实验数据处理与误差分析 例2(2018四川成都期末)在研究平抛运动的实验中,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(g取10 m/s2)。 (1)为了准确地描
9、绘出平抛运动的轨迹,下列要求合理的是 。 A.小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放 B.斜槽轨道必须光滑 C.斜槽轨道末端必须水平 D.本实验必需的器材还有刻度尺和停表 (2)小球平抛的初速度为 m/s。 (3)小球经过B点时的速度为 m/s。 (4)小球抛出点的位置坐标为( cm, cm)。,-16-,考向1,考向2,考向3,解析 (1)为了保证小球平抛运动的初速度相等,每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放,斜槽轨道不一定需要光滑,故A正确,B错误;为了保证小球的初速度水平,斜槽轨道末端必须水平,故C正确;小球平抛运动的时间可以根据竖直位移求出,不需要停表,故D错误。 (2)根据y=gT2
10、得:,-17-,考向1,考向2,考向3,(4)B点的水平位移为x=v0t=0.2 m=20 cm, 竖直位移为 所以小球抛出点的位置横坐标为(10-20) cm=-10 cm, 纵坐标为(15-20) cm=-5 cm。 所以小球抛出点的位置坐标为(-10 cm,-5 cm)。,答案 (1)AC (2)1 (3) (4)-10 -5,-18-,考向1,考向2,考向3,实验探究拓展 例3(2018广东广元期末)在做研究平抛运动的实验中,为了确定小球在不同时刻通过的位置,实验装置如图甲所示。实验操作的主要步骤如下:,-19-,考向1,考向2,考向3,在一块平木板上钉上复写纸和白纸,然后将其竖直立于
11、斜槽轨道末端槽口E前,木板与槽口E之间有一段距离,并保持板面与轨道末端的水平段垂直。 使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞到木板在白纸上留下痕迹A。 将木板沿水平方向向右平移一段距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞到木板在白纸上留下痕迹B。 将木板再水平向右平移同样距离x,使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,再在白纸上得到痕迹C。若测得A、B间距离为y1,B、C间距离为y2,已知当地重力加速度为g。,-20-,考向1,考向2,考向3,(1)关于该实验,下列说法正确的是 。 A.斜槽轨道必须尽可能光滑 B.每次释放小球的位置必须相同 C.每次小球均须由静止释放 D.小球平
12、抛的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度差h,之后再由机械能守恒定律求出 (2)根据上述直接测量的量(如x、y1、y2等)和已知的物理量可以得到小球平抛时初速度的大小为 (用题中所给字母表示)。 (3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2,令y=y2-y1,并描绘出了如图乙所示的y-x2图像。若已知图线的斜率为k,则小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为 (用题中所给字母表示)。,-21-,考向1,考向2,考向3,(4)若测得x=15.0 cm,y1=15.0 cm,y2=25.0 cm,g取10 m/s2,则小球在打点迹B前瞬间速度的大小为 m/s;槽口E与点迹A间的高度差为 cm。(不考虑小球的大小,结果均保留两位有效数字),-22-,考向1,考向2,考向3,解析 (1)斜槽轨道是否光滑,不会影响做平抛运动,故A错误;因为要画同一运动的轨迹,所以每次释放小球的位置必须相同,且由静止释放,以保证获得相同的初速度,故B、C正确;假如斜槽是光滑的,则小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h,之后再由机械能守恒定律求出,故D错误。 (2)在竖直方向上:y=y2-y1=gt2 水平方向上:x=v0t,-23-,考向1,考向2,考向3,-24-,考向1,考向2,考向3,