5.3实验：研究平抛运动

房县二中 高一物理 必修1 导学案 时间：2014-10-30 编制：张青力 审核：唐华班级 组别 姓名 等级5.3实验：研究平抛运动一、实验目的1．用实验的方法描出平抛物体的运动轨迹． 2．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线． 3．根据平抛运动的轨迹求其初速度． 二、实验原理1．用描迹法逐点画出小球平抛运动的轨迹．2．建立坐标系，如果轨迹上各点的y 坐标与x 坐标间的关系具有y ＝ax 2的形式(a 是一个常量)，则轨迹是一条抛物线．3．测出轨迹上某点的坐标x 、y ，据x ＝v 0t ，y ＝12gt 2得初速度v 0＝x g2y . 三、实验器材斜槽、坐标纸、图钉、方木板、小球、刻度尺、重锤、细线、三角板、铅笔、铁架台． 四、实验步骤 1．安装调整斜槽将坐标纸用图钉钉在竖直的木板的左上角，如图所示，用平衡法调整斜槽末端水平，直到将小球轻放在斜槽的平直部分的末端，能使小球在平直轨道上的任意位置静止即可．2．调整木板，确定坐标原点用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球运动轨迹所在平面平行靠近，把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O ，用铅笔在纸上把这个点记下来，O 点即为坐标原点，再利用重垂线画出通过O 点的竖直线．3．确定球的位置使小球由斜槽某一位置无初速度滚下，离开水平槽后做平抛运动．先用眼睛粗略确定小球的运动轨迹，然后使小球从同一位置无初速度滚下，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．用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．4．建坐标系，描绘轨迹取下坐标纸，以过O 点的竖直线作为y 轴，过O 点的水平线作为x 轴，最后将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的轨迹．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A 1、A 2、A 3、…，把线段OA 1的长度记为l ，则OA 2＝2l ，OA 3＝3l ，由A 1、A 2、A 3、…向下作垂线，与其轨迹交点分别记为M 1、M 2、M 3、…，若轨迹是一条抛物线，则各点的y 坐标和x 坐标之间应该具有y ＝ax 2的关系(a 是待定常量)，用刻度尺测量某点的x 、y 两个坐标值代入y ＝ax 2求出a .再测量其他几个点的x 、y 坐标值，代入y ＝ax 2，若在误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是一条抛物线．2．计算平抛物体的初速度(1)在轨迹曲线上任取几点(如A 、B 、C 、D )．(2)用刻度尺和三角板分别测出所取点的坐标x 和y .(3)根据平抛运动水平方向上是匀速直线运动(x ＝v 0t )及竖直方向上是自由落体运动(y ＝12gt 2)，分别计算出小球的初速度v 0，最后计算小球的初速度v 0的平均值．六、误差分析1．安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动．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． 3．小球每次自由滚下时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不准确，会导致误差． 5．量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差． 七、注意事项1．实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，将其向两边各轻轻拨动一次，看其是否有明显的运动倾向)．2．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．小球每次必须从斜槽上同一位置滚下．4．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点．5．小球开始滚下的位置高度要适中，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．6．在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度．对实验器材、实验操作的考查(1)采用如图所示的实验装置做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、坐标纸、图钉之外，下列器材中还需要的是________．A ．刻度尺B ．秒表C ．天平D ．重垂线(2)在“研究平抛物体运动”的实验中，可以测出小球平抛运动时的初速度，实验简要步骤如下： A ．让小球多次从________位置上滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置； B ．安装好器材，注意______________，记下斜槽末端O 点和过O 点的竖直线； C ．测出曲线上某点的坐标x 、y ，用v 0＝________算出平抛运动的初速度；D ．取下白纸，以O 为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹． 上述实验步骤的合理顺序是________．规律总结：在本实验操作中，一是要满足小球做平抛运动的条件；二是小球每次的运动情况相同．实验数据的处理(2014·高考安徽卷)图甲是“研究平抛物体运动”的实验装置图，通过描点画出平抛小球的运动轨迹．(1)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有________． a ．安装斜槽轨道，使其末端保持水平 b ．每次小球释放的初始位置可以任意选择c．每次小球应从同一高度由静止释放d．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接(2)实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图乙中y－x2图象能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是________．甲乙丙(3)图丙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹，O为平抛的起点，在轨迹上任取三点A、B、C，测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm、y2为45.0 cm，A、B两点水平间距Δx为40.0 cm.则平抛小球的初速度v0为________m/s，若C点的竖直坐标y3为60.0 cm，则小球在C点的速度v C为________m/s(结果保留两位有效数字，g取10 m/s2)．规律总结由于平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，所以有关自由落体运动的几个推论在实验数据处理中可以使用．频闪照相法研究平抛运动的规律如图所示为用频闪摄影方法拍摄的三个同时由同一点出发的小球的运动情况，AA′为A球在光滑水平面上以速度v运动的轨迹．BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹；CC′为C球自由下落的运动轨迹．通过分析上述三条轨迹可得出什么结论？1．在“研究平抛运动”的实验中，以下说法正确的是()A．使用密度大，体积小的钢球B．尽可能减小钢球与斜槽间的摩擦C．每次让小球从同一高度滚下D．斜槽末端必须保持水平．2.“研究平抛运动”实验的装置如图所示，在实验前应()A．将斜槽的末端切线调成水平B．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行C．斜槽的末端没有必要保持水平D．测出平抛小球的质量3下列哪些因素会使“研究平抛运动”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．每次实验没有把小球从同一位置由静止释放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太近4为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图所示的装置进行实验．小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落．关于该实验，下列说法中正确的有()A．两球的质量应相等B．两球应同时落地C．应改变装置的高度，多次实验D．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动5如图所示是某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验时得到的物体运动轨迹的一部分，O、a、b、c是运动轨迹上的四个点，以O点为坐标原点建立直角坐标系(轨迹和坐标轴上的虚线表示有所省略)，a、b、c三点的坐标如图，小球平抛的初速度为v0(g＝10 m/s2)，下列说法正确的是()A．a、b、c相邻两点的时间间隔为1 sB．小球平抛的初速度是v0＝2 m/sC．O点是开始做平抛运动的抛出位置D．O点不是开始做平抛运动的抛出位置6．如图为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，图中背景方格的边长均为5 cm，如果取g＝10 m/s2，那么：(1)闪光频率是______Hz；(2)小球运动中水平分速度的大小是______m/s；(3)小球经过B点的速度大小是______m/s.7未来在一个未知星球上用如图甲所示装置研究平抛运动的规律．悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄．在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图乙所示．a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4，则：(1)由以上信息，可知a点________(选填“是”或“不是”)小球的抛出点；(2)由以上信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为________m/s2；(3)由以上信息可以算出小球平抛的初速度是________m/s；(4)由以上信息可以算出小球在b点时的速度是________m/s.8．在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于紧靠槽口处．使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A.将木板向远离槽口方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B.将木板再向远离槽口方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，得到痕迹C.若测得木板每次移动距离x＝10.00 cm，A、B间距离y1＝4.78 cm，B、C间距离y2＝14.82 cm，g取10 m/s2.(1)根据以上直接测量的物理量可得小球的初速度v0＝________.(用题中所给字母表示)(2)小球初速度的测量值为________m/s.。