高一物理 实验研究平抛运动的规律

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v 0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v 0；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 2求出运动时间t ，再利用公式x=v 0t ，求出小球做平抛运动的初速度v 0=x y

g 2 。 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投影点o，即为坐标原点(不是槽口端点)。

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。

②将各点坐标值代入v 0=x

y

g 2中，求出小球做平抛运动的初速度v 0，最后算出v 0的平均值。

③实验记录： 初速度v 0的平均值 0v _____________。

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2。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