高一物理 实验:研究平抛运动的规律
学习目标:
1.学会用实验方法描绘出平抛物体运动的轨迹。
2.能根据运动轨迹分析实验数据,求出平抛物体的初速度。
学习重点: 描绘平抛物体运动的轨迹。
学习难点: 根据运动轨迹求平抛物体的初速度。 主要内容:
一、实验原理
平抛运动是以速度v0沿水平方向抛出后,物体只在重力作用下,加速度是重力加
速度g的匀变速曲线运动。根据运动的合成与分解的知识,可以将平抛运动看作是两个分运动的合运动:一个分运动是水平方向上的匀速直线运动,其速度就是平抛运动的初速度v0;另一个分运动是竖直向下方向上的自由落体运动。在以抛出点0为原点的平面直角坐标系中,用铅笔试碰描迹法描绘出小球做平抛运动的轨道曲线。测出曲线上某一点的坐标(x、y),利用y=1/2gt求出运动时间t,再利用公式x=v0t,求出小球做平抛运动的初速度v0=x
2
g 。 2y 二、实验器材
斜槽,金属小球,木板(附竖直固定支架),坐标纸,图钉,刻度尺,重锤线,铅笔。 三、实验步骤
1.将斜槽放在实验桌上,其末端伸出桌面外,调节末端使其切线水平后固定。 检查斜槽末端部分是否水平的方法:若将小球放在斜槽末端水平轨道的任何位置,
小球都不滚动,则可以认为斜槽末端水平(也可将小球放在斜槽末端,轻轻将其向两边拨动各一次,看其是否有明显的运动倾向)。精细的检查方法是用水平仪调整。
2.用图钉把坐标纸钉在木板上,让木板竖直固定,其左上方靠近槽口,用重锤线检
查坐标纸上的竖线是否竖直,整个实验装置如图所示。用重锤线把木板校准到竖直方向,使小球平抛的轨道平面与板面平行,保证在重复实验的过程中,木板与斜槽的相对位置保持不变。
3.建立直角坐标系xoy:以小球做平抛运动的起点0为坐标原点,从坐标原点0画
出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
确定坐标原点o的方法是:把小球放在槽口末端处,用铅笔记下这时球的球心在
坐标纸板上的水平槽口端点)。
4.让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下,由0点开始做平抛运动。先用眼睛粗略
地估计小球在某一x值处(如z=1 cm或2 cm等)的y值,然后用铅笔尖指着这个位置,让小球从原释放处开始滚下,看是否与铅笔尖相碰,如此重复数次,较准确地确定小球通过的这个位置,并在坐标纸上记下这一点。 5.依次改变x值,用与(4)同样的方法确定小球通过其他各点的位置。
6.取下坐标纸,用刻度尺过0点画出y轴和z轴[当第(3)步未进行时],将(4)(5)中
所描出的各点用平滑曲线连接起来,这就画出了小球做平抛运动的轨迹曲线(所画曲线可不通过个别偏差大的点,但必须保持曲线平滑,不允许出现凹陷处)。 7.求小球平抛的初速度v0
①在所描绘的轨迹曲线上选取A、B、C、D、E、F六个不同点[不必是步骤(4)(5)中测
出的点],测出它们的坐标值。
投影点o,即为坐标原点(不是
②将各点坐标值代入v0=x
平均值。 ③实验记录:
g中,求出小球做平抛运动的初速度v0,最后算出v0的2y初速度v0的平均值v0?_____________。 四、注意事项
(1)固定斜槽时,必须注意使通过斜槽末端点的切线保持水平,以使小球离开斜槽
后做平抛运动。
(2)木板必须处在竖直面内,与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,使小球的运动靠近
图纸但不接触。
(3)在斜槽上设定位卡板,使小球每次都从定位卡板所确定的同一位置由静止开始滚
下,以保证重复实验时,小球做平抛运动的初速度相等。
(4)应在斜槽上适当的高度处释放小球,使小球能以适当的水平速度抛出,其运动轨迹
由图板左上角到右下角。这样可以充分利用坐标纸,减小测量误差。
(5)由平抛运动方程求小球平抛的初速度时,应在平抛轨迹上选取离坐标原点0较远
的点的坐标数据来进行计算,这样既便于测量又减小了误差。 五、误差分析
(1)安装斜槽时,其末端切线不水平,造成小球并非做平抛运动,测量的数据不准确。 (2)建立直角坐标系时,误以斜槽末端端口位置为坐标原点(实际上应以末端端口上
的小球球心位置为坐标原点)。
(3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同,使得平抛初速度不相同。
基础自测:
1.利用图所示装置研究平抛运动,测定平抛初速时,应注意:
①在安装斜槽轨道时,除了要使斜槽处于竖直平面内,还应____________________。②本板应固定在___________,板面离斜槽末端中心应_________________________。③小球每次均应从_____________________释放。④确定小球在斜槽上释放的位置的依据是要保_______________________。⑤在固定于板面的纸上需建立以O点为原点的坐标系。建立坐标系的方
法是:先在纸上记录下斜槽轨道的末端p点,则0点应在________________,然后利用___________________,画出过o点的______________,再画出过o点的______________。
2.如图是研究小球的平抛运动时拍摄的闪光照片的一部分,其背景是边长为5厘米的小方格,重力加速度取g=10米/秒。由此可知:闪光频率为___________赫;小球抛出时的初速度大小为______________米/秒;从抛出到C点,小球速度的改变最大为______________米/秒。
3.有关“研究平抛物体运动”的实验中,小球在斜槽水平出口处的位置如图所示,所谓末端的切线的起点O,即坐标水平轴的原点应该是 ( ) A.A点 B.B点 C .C点 D.D点
4.安装实验装置的过程中,斜槽装置末端的切线必须是水平的,这样做的目的是( )
A.保证小球运动的轨迹是一条抛物线 B.保证小球飞出时的速度不太大,也不太小 C.保证小球飞出时,初速度水平 D.保证小球在空中运动的时间都相等
5.某同学在做“研究平抛物体运动”的实验时忘记记下球做平抛运动的起点位置O,A
2
为物体运动一段时间后的位置,根据图求出物体做平抛运动的初速度为(g取10m/s2) ( )
A.20m/S B.2.0m/S C.1.0m/s D.10m/S
6.试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度的验方法。提供实验器材:弹射器(含弹丸,如图);铁架(带有夹具);刻度尺。
(1)在方框中画出实验示意图。
(2)在安装弹射器时应注意:_______________ (3)实验中需要测量的量(并在示意凰中用字母标 )______________________。
(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速不可能完全相等,在实验________
(5)计算公式; 实台
出中应采取的方法是
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