高考物理实验复习实验5 研究平抛物体的运动

实验五研究平抛物体的运动

第一关：基础关展望高考

基础知识

（一）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.

（二）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=v·t；在竖直分运动中，运用y=1

2

gt2或Δy=gT2.

（三）实验器材

斜槽（附挡球板和重锤线）、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、重锤线、铅笔等.

（四）实验步骤

（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跟板面平行.

①将小球飞出斜槽末端时的球心位置水平投影到白纸上描点O，并过O沿重锤线用

直尺描出竖直方向.

②

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卡片小孔时，在小孔靠近纸面所在处做记号；重复该步骤，描下至少5个不同位置的对应点.

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.

（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在轨迹上选取点M ，并测出它的坐标值（x ，y ），代入公

式x v x 计算水平初速度. ③再在曲线上选取不同点，重复步骤（2）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.

第二关：技法关解读高考

解 题 技 法

一、实验操作技巧

技法讲解

1.实验中必须保证通过斜槽末端端点的切线水平，木板必须处在竖直平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木板但不接触.

2.小球必须每次从斜槽上同一位置滚下，为此在斜槽上固定一个挡板，每次都从挡板处无初速释放小球.

3.坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球心在木板上的水平投影点.

4.要在斜槽上适当的高度释放小球，使它水平抛出后其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差.

5.要在平抛轨迹上选取距O 点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小. 典例剖析

例1

在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹.为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：_____.

（a ）通过调节使斜槽的末端保持水平

（b ）每次释放小球的位置必须不同

（c ）每次必须由静止释放小球

（d）记录小球位置用的木条（或凹槽）每次必须严格地等距离下降

（e）小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相接触

（f）将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线

解析：只有斜槽的末端保持水平，小球才具有水平初速度，其运动才是平抛运动.每次由静止释放小球，是为了使小球有相同的初速度.如果小球在运动过程中与木板上的白纸相接触就会改变它的运动，便不是平抛运动.故（a）（c）（e）选项正确.

（b）选项中，每次释放小球的位置必须相同，以保证小球有相同的水平初速度.（d）选项中，因平抛运动竖直分运动是自由落体运动，是加速运动，在相同时间里，随着运动的进行，位移越来越大，因此木条下降的距离不应是等距的.

（f）应将各点用平滑的曲线连接起来.

答案：(a)(c)(e)

二、利用平抛运动两分运动的特点求初速度、轨迹上某点的速率、确定抛出点坐标

技法讲解

（1）水平方向：x=v0t

竖直方向：y=1

2

gt2,v y=gt

（2）轨迹上某点的速率v=3）若取连续相等的时间间隔T，竖直方向连续相等的时间间隔内位移之差等于常数.即Δy=gT2

（4）竖直方向的一段分位移，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度.

典例剖析

例2

如图所示，在“研究平抛物体的运动”的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长l=1.25 cm.若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为（用l和g表示）___，其值是___（g=9.8 m/s2），小球在b点的速率是_____

.

解析：平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动即初速度

为零的匀加速直线运动.当应用公式v 0=sx/t ，sy=gt 2

/2时，必须已知（或从图中得到）从抛出点开始算起的水平位移sx 和竖直位移sy.本题通过分析图象可知，a 点不是抛出点，所以不能用上式求，但a 、b 、c 、d 每相邻两点之间的时间间隔是相等的，设为T ，又根据匀变

速直线运动连续相等时间内位移差Δs=at 2可得Δs=gT 2l=2gT T =

v 0=2l/T=

对b 点来说，其竖直分速度3l vy 2T =

=

b 的速率b v 0.875 m /s.===

答案：0v =0.875 m/s

第三关：训练关笑对高考

随 堂 训 练

1.如图所示，在研究平抛运动时，小球沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时，撞开轻质接触式开关S ，被电磁铁吸住的小球B 同时自由下落，改变整个装置的高度H 做同样的实验，发现位于同一高度的A 、B 两球总是同时落地，该实验现象说明了A 球离开轨道后（）

水平方向的分运动是匀速直线运动

B.水平方向的分运动是匀加速直线运动

C.竖直方向的分运动是自由落体运动

D.竖直方向的分运动是匀速直线运动

解析：A 球平抛的同时，B 球自由下落，有两球在同一高度上，又两球总是同时落地，这只能说明A 球在抛出后竖直方向上的分运动是自由落体运动，但不能说明A 球的水平分运动是匀速直线运动，解题时千万不能凭主观想象来判断.

答案：C

2.安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是