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2-新人教版高一必修2物理教案.doc

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y＝ax2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x＝v0t、y＝eq\f(12)gt2得初速度v0＝xeq\r(\f(g2y))。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OO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。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OA2＝2L、OA3＝3L、…。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y＝ax2a是常量。(3)用刻度尺测量某点的x、y两个坐标代入y＝ax2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(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(x＝v0t)及竖直方向是自由落体运动eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(y＝\f(12)gt2))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(xy)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