3第三节、实验：探究平抛运动的特点

第三节、实验：探究平抛运动的特点

1．实验目的

(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹．

(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．

2．实验原理

(1)用描迹法画出小球平抛运动的轨迹．

(2)建立坐标系，测出轨迹上某点的坐标x 、y ，据x ＝v 0t ，y ＝12

gt 2得初速度v 0＝x g 2y . 3．实验器材

斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．

核心探究

1．实验步骤

(1)安装调平

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，轨道末端水平．如图1­3­7所示．

图1­3­7

(2)建坐标系

用图钉将坐标纸固定在木板上，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．把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心在木板上的投影点O ，O 点即为坐标原点，用重垂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)确定球的位置

将小球从斜槽上某一位置由静止释放，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，然后让小球由同一位置自由滚下，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)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．

2．数据处理

(1)计算初速度

在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——A 、B 、C 、D 、E 、F ，用刻度尺、三角

板测出它们的坐标(x ，y )，并记录在预先设计好的表格中，已知g 值，利用公式y ＝12

gt 2和x ＝v 0t ，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．

(2)验证轨迹是抛物线

抛物线的数学表达式为y ＝ax 2

，将某点(如B 点)的坐标x 、y 代入上式求出常数a ，再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的坐标近似都成立，则说明所描绘的曲线为抛物线．

3．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．

例题分析：

例题1 (1)在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外．下列器材中还需要的是__________．

A ．游标卡尺

B ．秒表

C ．坐 标纸

D ．天平

E ．弹簧测力计

F ．重垂 线

(2)(多选)实验中，下列说法正确的是( )

A ．应使小 球每次从斜槽上相同的位置自由滑下

B ．斜槽轨道必须光滑

C ．为了使描出的轨迹更好地反映真实 运动，记录的点应适当多一些

D ．斜槽轨道末端可以不水平

例题2．在利用斜槽轨道做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出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 ．记录小球位置用的铅笔每次必须严格地等距离下降

E ．小球运动时不能与木块 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

例题3．图1­3­8甲是“研究平抛运动”的实验装置图．

(1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线________．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛________．

(2)图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________m/s.

(3)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L＝5 cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为________m/s；B 点的竖直分速度为________m/s.

研究平抛运动的注意事项

1．在实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的的方法是：让小球放在斜槽末端任一位置，看其是否能静止)．

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由静止滚下．

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上一直到达右下角为宜．

6．在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些来计算初速度．

变式训练

1 (多选)“研究平抛运动”实验的装置如图1­3­10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．在白纸上记录斜槽末端槽口的位置O，作为小球做平抛运动

的起点和所建坐标系的原点

D．测出平抛小球的质量

2．平抛物体的运动规律可以概括为两点：一是水平方向上做匀速直线运动；二是竖直向上做自由落体运动．为了研究平抛物体的运动，可做这样的实验：如图1­3­12所示，用小锤打击弹性金属片，A球水平飞出，同时B球被松开，做自由落

体运动，两球同时落到地面，则这个实验( )

A．只能说明上述规律中的第一条

B．只能说明上述规律中的第二条

C．不能说明上述规律中的任何一条

D．能同时说明上述两条规律

3．某实验小组同学在“研究平抛运动” 的实验中，只画出了

如图1­3­15所示的曲线，于是他在曲线上取水

平距离Δx相等的三点A、B、C，量得Δx＝0.2 m．又量出它

们之间的竖直距离分别为h1＝0.1 m，h2＝0.2 m，(g取10 m/s2)利

用这些数据，可求得：

(1)物体抛出时的初速度为________m/s；

(2)物体经过B时竖直分速度为________m/s；

(3)抛出点在A点上方高度为________m处．

4如图1­3­18所示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g取10 m/s2，那么：

(1)照相机的闪光频率是________Hz；

(2)小球运动中水平分速度的大小是______m/s；

(3)小球经过B点时的速度大小是________m/s.

5．用图甲所示装置做“研究平抛运动”的实验，根

据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动

轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部

分，剩余部分如图乙所示．图乙中水平方向与竖直方向每小格的长度代表0.10 m，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等．

完成下列填空(重力加速度取10 m/s2)：

(1)设P1、P2和P3的横坐标分别为x1、x2和x3，纵坐标分别为y1、y2和y3，从图中可读出|y1－y2|＝________ m，|y1－y3|＝________ m，|x1－x2|＝________ m(保留两位小数)．

(2)若已测得抛出后小球在水平方向上做匀速运动．利用(1)中读取的数据，求出小球从P1运动到P2所用的时间为________ s，小球抛出后的水平速度为________m/s.