(完整)高中物理平抛运动实验(2)

平抛运动实验

【实验目的】

(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹．

(2)根据平抛运动的轨迹求初速度．

【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 ，根据 x ＝v 0t 、y ＝12

gt 2得初速度v 0＝x g 2y

.

【实验器材】

斜槽、小球、方木板、铁架台、白纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔及刻度尺

【实验步骤】 (1) 安装器材与调平：将斜槽放在水平桌面上，其末端伸出桌面外，调节末端使其切线水平后固定． 检查斜槽末端是否水平的方法：将小球放在斜槽末端水平轨道的任意位置，小球都不滚动，则可认为斜槽末端水平．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，用铅垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直，整个实验装置如图所示．用铅垂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 O 为坐标原点，从坐标原点 O 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，用铅笔记下这时小球的球心在坐标纸上的水平投影点 O ，即为坐标原点(不是槽口端点)．

(4)确定小球位置：让小球由斜槽的某一固定位置自由滚下，从 O 点开始做平抛运动．先用眼睛粗略估计小球在某一 x 值处(如x ＝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)描点画轨迹：取下坐标纸，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较大的点，但必须保持曲线平滑，不允许出现凹陷处)．

【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)木板必须处在竖直平面内，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，应选取在平抛运动轨迹上离坐标原点O 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．

【数据分析】

(1)判断平抛运动的轨迹是不是抛物线：

如图所示，在x 轴上作出几个等距离的点A1、A2、A3、…，把线段OA1的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、….若轨迹是一条抛物线，则各点的y 坐标和x 坐标应该具有y＝ax2的形式(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＝ax2 求出a.再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2，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)求小球平抛的初速度v0：

①所描绘的轨迹曲线上选取A、B、C、D、E、F 六个不同的点，测出它们的坐标值．

②将各点坐标值代入v0＝x g

2y中，求出小球做平抛运动的初速度v0.

③记录各点求得的初速度，最后算出初速度v0的平均值，并做好记录．

【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，使得平抛的初速度也不相同．

(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，你认为正确的是（）

A．通过调节使斜槽的末端保持水平

B．每次必须由静止释放小球

C．固定白纸的木板必须调节成竖直

D．每次释放小球的位置必须不同

E．将小球经过不同高度的位置记录在纸上，取下纸后，用直尺将点连

成折线

(2)某学生在做“研究平抛运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动时

的起点位置，O 为物体运动一段时间后的位置，取为坐标原点，平抛

的轨迹如图所示，根据轨迹的坐标求出物体做平抛运动的初速度v0＝

___________m/s.(取g＝10 m/s2)

(3)在“研究平抛运动”实验中，用印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长

L＝1.6 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，

则小球的平抛初速度的计算式为v0＝________(用L、g 表示)，其值是

________，小球在b 点的速率为________．(取两位有效数字，g＝10 m/s2)