2019年高中物理第五章第3节实验:研究平抛运动讲义含解析新人教版必修220190531237.doc
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1、试题为word版 下载可打印编辑实验:研究平抛运动一、实验目的1用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹。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。二、实验原理1利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。2建立坐标系,如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有yax2的形式(a是一个常量),则轨迹是一条抛物线。3测出轨迹上某点的坐标x、y,由xv0t、ygt2得初速度v0x。三、实验器材斜槽轨道、小钢球、木板、白纸、图钉、重垂线、刻度尺、三角板、铅笔等。四、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,轨道末端切线水平。如图所示。2.建立坐标系用图钉将坐标纸固
2、定于竖直木板的左上角,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滑下,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,在粗略确定的位置附近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的轨迹。
3、五、数据处理1判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)如图所示,在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、,把线段OA1的长度记为L,那么OA22L、OA33L、。过A1、A2、A3、向下作垂线,与轨迹的交点记为M1、M2、M3、(2)设轨迹是一条抛物线,则M1、M2、M3各点的y坐标与x坐标应该具有的形式为yax2,a是常量。(3)用刻度尺测量某点的x、y两个坐标,代入yax2中,求出常量a。(4)测量其他几个点的x、y坐标,代入上式,看由各点坐标求出的a值是否相等。如果在误差允许范围内相等,就说明该曲线为抛物线。2计算平抛物体的初速度(1)在确定坐标原点为抛出点的情况下,在轨迹曲线上任取几点
4、(如A、B、C、D)。(2)用刻度尺和三角板分别测出它们的坐标x和y。(3)根据平抛运动水平方向是匀速直线运动(xv0t)及竖直方向是自由落体运动,分别计算小球的初速度v0,最后计算小球的初速度v0的平均值。六、注意事项1利用描迹法做实验时必须调整斜槽末端的切线沿水平方向。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滚下。4坐标原点不能是槽口的端点,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,以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。6在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。七、误差分
5、析1用描迹法时斜槽末端没有水平,使得小球离开斜槽后不做平抛运动。2描点不准确。3在轨迹上量取某点坐标(x,y)时出现误差。八、获得平抛运动轨迹的其他方法1喷水法如图所示,倒置的饮料瓶内装着水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯成水平,加上一个很细的喷嘴。水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱,它显示了平抛运动的轨迹。将它描在背后的纸上,进行分析处理。2频闪照相法用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹,如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的,只要测量相邻两照片上小球的水平位移,就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。典型例题例1.在“研究平抛运动”的实验中,可以描绘平抛物体运动轨迹和
6、求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下:A让小钢球多次从_位置上滚下,记下小球运动途中经过的一系列位置B安装好器材,注意斜槽末端水平和木板竖直,记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过O点的竖直线,检测斜槽末端水平的方法是 _C测出曲线上某点的坐标x、y,用v0_算出该小球的平抛初速度,实验需要对多个点求v0的值,然后求它们的平均值D取下白纸,以O为原点,以竖直线为y轴建立坐标系,用平滑曲线画平抛轨迹请把上述步骤补充完整,并排出合理的顺序是_(只排列序号即可)。解析A步骤中要记下小球运动途中经过的一系列位置,不可能在一次平抛中完成,每一次平抛一般只能确定一个位置,要确定多个位置,要求小球每
7、次的轨迹重合,小球开始平抛时的初速度必须相同,因此小球每次必须从同一位置上滚下。B步骤中用平衡法,即将小球放到斜槽末端任一位置,如果斜槽末端是水平的,小球受到的支持力和重力是平衡的。不论将小球放到斜槽末端任何位置,小球均不会滚动。如果斜槽末端不是水平的,小球将发生滚动。C步骤中运用xv0t及ygt2联立即可求得v0x。答案同一将小球放到斜槽末端任一位置,均不滚动xBADC点评(1)斜槽安装:将小球放在斜槽末端水平部分,将其向两边各轻轻拨动一次,若没有明显的运动倾向,则斜槽末端是水平的。(2)方木板固定:固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。(3)小球释放:小球每次必须从斜槽上同一位置滚下;使
8、小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。(4)坐标原点: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。典型例题例2.(2016赣州高一检测)在研究平抛运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L1.25 cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图中a、b、c、d所示,则:(1)小球做平抛运动的初速度的计算式是什么(用L、g表示)?其值是多少?(g取9.8 m/s2)(2)a点是小球抛出点的位置吗?如果不是,那么抛出点的位置怎样确定?解析(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,即初速度为0的匀加速直线运动;水平分运动是匀速直线运动。由水平方向ab、bc
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