专题5.3 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
(1)用描迹法画出小球平抛运动的轨迹。
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(2)建立坐标系，测出轨迹上某点的坐标x、y，据x＝v0t，y＝gt得初速度v0＝x·
2四、实验步骤 (1)安装调平
①将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端切线水平。 ②用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。如图所示。
g 2y
(2)建坐标系
把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，用重锤线画出过坐标原点的竖直线作为y轴，画出水平向右的x轴。 (3)确定小球位置：
①将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值。
②让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置，并在坐标纸上记下该点。
③用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。 (4)描点得轨迹
取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。 五、数据处理
1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线
如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、…，把线段OA1的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，…，由A1、A2、A3、…向下作垂线，与轨迹交点记为M1、M2、M3、….若轨迹是一条抛物线，则各点的y坐标与x坐标间的关系应该具有y＝ax的形式(a是一个待定的常量)． 2．平抛运动水平方向运动性质的判定
(1)据平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动及自由落体下落高度与运动时间的关系：y12
＝gt，在平抛运动轨迹的竖直坐标轴y上，从原点O开始向下取一个坐标为h的点，再找到2坐标为4h、9h、…的点．
2
(2)过这些点作水平线与轨迹分别交于A、B、C、…点，则这些点就是每经过相等时间物体所到达的位置．如图所示．
(3)测量出OA、AB、BC、…的水平距离，对比实验测量结果，若各段距离相等，说明水平方向上的运动是匀速直线运动．
3．计算平抛运动的物体的初速度
(1)在确定坐标原点为抛出点的情况下，在轨迹曲线上任取几点． (2)用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y.
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(3)根据平抛运动水平方向是匀速直线运动(x＝v0t)及竖直方向是自由落体运动(y＝gt)，分
2别计算小球的初速度v0，最后计算小球的初速度v0的平均值． 六、误差分析
1.斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动． 2．确定小球运动的位置时不准确． 3.量取轨迹上各点坐标时不准确． 七、注意事项
⑴斜槽末端的切线必须水平。
⑵ 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。
⑶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。 八、它案设计 方案一：喷水法
如图甲所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴．水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，将平抛运动的轨迹描在玻璃板上．
方案二：频闪照相法
现代影像技术的发展为我们研究平抛运动的轨迹提供了方便．若能拍摄到物体做平抛运动的几张照片(如图乙所示)，就能描绘出平抛运动的轨迹．用数码相机的摄像功能或用数码摄像机都能实现，有条件的学校也可用频闪照相的方法来实现． 【典型例题】
【例题1】某研究性学习小组探究平抛运动的规律，他们在水平桌面上用课本做成一个斜面，使一个钢球(可视为质点)从斜面上某一位置滚下，用数码相机拍摄钢球从桌面水平飞出后做平抛运动的几张连续照片，然后用方格纸做背景，根据照片上小球的位置在方格纸上画出小球的平抛运动轨迹．已知所用的数码相机每秒钟拍摄10帧照片，现用刻度尺测得桌边离地高度为90.0 cm，重力加速度取g＝10 m/s.试回答下列问题：
(1)该组同学一次实验最多可以得到正在空中运动的几帧小球的照片( ) A．1帧
B．5帧
2
C．15帧 D．100帧
(2)如图所示是该组同学得到的小球在空中运动的三张连续照片的局部图，由图可以计算出小球离开桌边时的初速度大小为________m/s，经过B点时的速度大小为________m/s.
【审题指导】
1.A、B、C三点在空间上有何特点？
提示：水平方向距离相等，表明从A到B和从B到C的时间相等，而在竖直方向满足Δy＝gt. 2．如何计算B点速度？
提示：先确定两个分速度，再合成，其竖直分速度根据v＝v求解．
2【答案】(1)B；(2)2；41 2
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t【针对训练】某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置如图甲所示，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(如图甲中P0P0′、P1P1′、…)，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。每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图乙所示。
(1)实验前应对实验装置反复调节，直到__________。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了______。
(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了________。 (3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹。
【答案】(1)斜轨末端水平、A板水平、插槽P0P0′垂直斜轨并在斜轨末端正下方 使小球每次做平抛运动的初速度都相同；
(2)使记录纸上每两点之间的水平距离相等； (3)如图所示。
高中物理 专题5.3 实验：研究平抛运动(讲)(提升版)(含解析)新人教版必修2
