2021高中物理一轮复习学案--实验五 研究平抛运动

实验五研究平抛运动

ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU

知识梳理·自测巩固

一、实验目的

1．用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹。

2．用实验轨道求解做平抛运动物体的初速度。

二、实验原理

使小球做平抛运动，利用描点法描绘出小球的运动轨迹，建立坐标系，测出

轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：x＝v

0t和y＝

1

2

gt2，解得v

＝x

g

2y

。

三、实验器材

斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。

谨记部分器材用途

斜槽使小球获得相同的水平初速度

木板和白纸记录小球做平抛运动时的落点位置

1．按实验原理图甲安装实验装置，使斜槽末端水平。

2．以斜槽水平部分端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y 轴和水平的x轴。

3．使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在该位置标记为一点。用同样的方法，在小球运动轨迹上描下若干点。

4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描绘出一条平滑的

曲线，如实验原理图乙所示。

五、数据处理

1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则应以抛出点为坐标原点建立直角坐标系，且轨迹上各点的坐标满足y＝ax2的关系，且同一运动轨迹上a是一个特定的值。

(2)验证方法

方法一：代入法

用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，判断a 值在误差允许的范围内是否为一常数。

方法二：图象法

建立y－x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y 值的x2值，在y－x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a的值。

2．计算平抛运动的初速度

(1)平抛运动轨迹完整(即含有抛出点)

在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出

初速度v

0。因x＝v

t，y＝

1

2

gt2，故v

＝x

g

2y

。

(2)平抛运动轨迹残缺(即无抛出点)

如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh

＝h

BC －h

AB

＝gt2，所以t＝

h

BC

－h

AB

g

，初速度v

＝

x

t

＝x

g

h

BC

－h

AB

。

六、误差分析

1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致初速度未沿水平方向。

2．坐标原点不够精确等。

七、注意事项

1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度沿水平方向。

2．固定木板时，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，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。

3．为保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。

4．要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，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．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。

6．计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算。

HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO

核心考点·重点突破

考点一教材原型实验

例1 (2020·江西宜丰月考)在做“研究平抛物体的运动”实验时，

(1)除了木板、钢球、坐标纸、铅笔、铅垂线、图钉之外，下列器材中还需要的是__A__。

A．斜槽B．秒表

C．弹簧测力计D．天平

(2)实验时某同学得到了如图所示的物体运动轨迹，a、b、c是轨迹上的三个点，以a点为坐标原点，建立坐标系，则小球从a点运动到b点所用的时间t ＝__0.10__s，小球平抛的初速度大小v＝__2.0__ m/s。(计算结果保留两位有效数字，g＝10 m/s2)

[解析]本题考查研究平抛物体的运动实验的器材选择和数据处理。

(1)本实验需要使小球从斜槽飞出后做平抛运动，不需要测量小球的质量、重力及小球运动的时间，所以不需要的器材是天平、弹簧测力计和秒表，需要的是斜槽，A正确。

(2)由图知ab、bc的水平距离相等，则小球从a点运动到b点所用的时间等

于小球从b点运动到c点所用的时间，由h

bc －h

ab

＝gt2解得小球从a点运动到b

点所用的时间t＝h

bc

－h

ab

g

＝

0.20－0.10

10

s＝0.10 s。小球平抛的初速度大

小为v＝x

ab

t

＝

0.20

0.10

m/s＝2.0 m/s。

考点二实验拓展创新

例2 (2019·安徽萧城中学质检)某同学在研究平抛运动时，发现原来

的实验方法不容易确定平抛小球在运动中的

准确位置。于是，如图所示，在实验中用了一块平木板附上复写纸和白纸，竖直立于正对槽口前某处，使小球从斜槽上滑下，小球撞在木板上留下痕迹A，将木板向右移距离x，再使小球从斜槽上同样高度滑下，小球撞在木板上留下痕迹B，将木板再向后移距离x，小球再从斜槽上同样高度滑下，再得到痕迹C。A、

B间距离y

1，A、C间距离y

2

。若测得木板后移距离x＝10 cm，测得y

1

＝6.0 cm，

y

2

＝16.0 cm。

(1)根据以上物理量导出测量小球初速度公式v

0＝__x

g

y

2

－2y

1

__(用题中

所给字母表示)。

(2)小球初速度值为__1.6_m/s__(保留两位有效数字，g取9.8 m/s2)。