平抛运动实验

第五章曲线运动人教版·物理3实验：研究平抛运动第五章曲线运动人教版·物理1．实验目的(1)描绘平抛运动的运动轨迹；(2)探究平抛物体的水平方向的运动规律．第五章曲线运动人教版·物理2．实验器材和装置斜槽、白纸、图钉、木板、小球、重锤线、铅笔和刻度尺．实验装置如图5—3—1所示．第五章曲线运动人教版·物理3．实验步骤(1)安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板上左上角固定斜槽，可用随遇平衡法调整斜槽末端切线水平，即将小球轻放在斜槽末端的水平轨道任一位置都能静止，表明斜槽已调好．(2)调整木板：用悬挂在槽口的重锤线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近，固定好木板．第五章曲线运动人教版·物理(3)确定坐标轴：把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，O即为坐标原点，再利用重锤线在纸上画出通过O点的竖直线，即竖直轴y.(4)确定小球释放点：选择一个小球在斜槽上合适的位置释放，使小球运动轨迹大致经过白纸的右下角，重复几次，目测轨迹，确定小球释放点．第五章曲线运动人教版·物理(5)描绘运动轨迹：让小球由斜槽的释放点自由滑下，并由O点开始做平抛运动，先用眼睛粗略地确定小球在一x值处(如x＝4cm)的y值．然后使小球从开始时的位置滚下，在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置(小球刚好经过铅笔尖处)，并在坐标纸上记下这一点，以后依次改变x的值，用同样的方法确定其他各点的位置．取下坐标纸用平滑的曲线把这些点连接起来，就得小球做平抛运动的轨迹．第五章曲线运动人教版·物理4．实验注意事项(1)应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小球的运动靠近坐标纸但不接触．(2)小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下．在斜槽上释放小球的高度应适当，使小球以合适的水平初速度抛出，其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布，从而减小测量误差．(3)坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点．(4)计算初速度时，要在平抛轨迹上选取距O点远些的点进行，这样可以使结果更准确．第五章曲线运动人教版·物理5．水平方向上运动规律的确定(1)根据平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动及自由落体下落高度与运动时间t的关系得h＝gt2.第五章曲线运动人教版·物理如图5—3—2所示，在平抛运动轨迹的竖直坐标轴y上，从原点O开始向下取一个坐标为h的点，再找到坐标为4h,9h,16h…的点，则在物体运动的过程中，纵坐标从其中一个位置运动到下一位置所用时间都是相等的．第五章曲线运动人教版·物理(2)过这些点的水平线与轨迹分别交于A、B、C点，则这些点就是每经过相等时间所到达的位置．(3)测量O、A、B、C各点每两个相邻点间的水平位移，对比实验测量结果，据连续相等时间内水平方向的位移相等，得出实验结论．实验结论：平抛运动的水平方向的运动为匀速直线运动．第五章曲线运动人教版·物理1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线在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……由A1、A2、A3……向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3……如果轨迹的确是一条抛物线，M1、M2、M3……各点的y坐标与x坐标间的关系应该具有y＝ax2的形式(a是一个待定的常量)．第五章曲线运动人教版·物理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(例如a＝0.23，可以不写单位)，于是知道了代表这个轨迹的一个可能的关系式(即y＝0.23x2)．测量其他几个点的x、y坐标，看是否满足y＝0.23x2.如果在误差允许范围内上式成立，即可确定抛体的轨迹是一条抛物线．第五章曲线运动人教版·物理2．计算平抛物体的初速度在后面介绍的几种方法中，如果要求不太高，可以忽略空气阻力的作用．这样，抛体在竖直方向只受到重力的作用，因此它的加速度是常量，等于g，它的y坐标的变化符合匀加速运动的规律：y＝gt2.于是，测量某点的下落距离，例如在M3点的下落距离y3(如图5—3—3)，根据这个数据就可以算出抛体下落到这点所用的时间t3.再测出M3点对应的横坐标x3，根据x3＝v0t3就可以得到抛体的初速度v0＝x3第五章曲线运动人教版·物理第五章曲线运动人教版·物理3．其他获得平抛运动轨迹的方法(1)喷水法如图5—3—4，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5—3—5所示．第五章曲线运动人教版·物理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．第五章曲线运动人教版·物理第五章曲线运动人教版·物理题型一对实验原理和操作步骤的考查【例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、圆钉之外，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．弹簧秤F．重垂线第五章曲线运动人教版·物理实验中，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．斜槽轨道末端可以不水平D．要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E．为了比较准确地描出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起来第五章曲线运动人教版·物理【解析】本题考查的是仪器的选择和实验的注意事项．实验还需器材是坐标纸和重垂线，描出的轨迹在坐标纸上，方便数据处理，重垂线是用来确定竖直木板是否竖直并确定纵坐标．做平抛运动的实验时，斜槽末端必须水平，以保证小球做平抛运动，使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下，以使小球在斜槽末端速度相同；在描画小球运动轨迹时，应用平滑的曲线连点，偏离轨迹较远的点可舍去．【答案】CFAD第五章曲线运动人教版·物理规律总结：(1)应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板垂直，并使小球的运动靠近坐标纸但不接触．(2)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下，在斜槽上释放小球的高度应适当，使小球以合适的水平初速度抛出，其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布，从而减小测量误差．第五章曲线运动人教版·物理应用1—1在“研究平抛物体的运动”实验中，为了描出物体的运动轨迹，实验应有下列各个步骤：A．以O为原点，画出与y轴相垂直的水平x轴．B．把事先做好的有缺口的纸片用手按在竖直木板上，使由斜槽上滚下抛出的小球正好从纸片的缺口中通过，用铅笔在白纸上描下小球穿过这个缺口的位置．C．每次都使小球从斜槽上固定的标志位置开始滚下，用同样的方法描出小球经过的一系列位置，并用平滑的曲线把它们连接起来，这样就描出了小球做平抛运动的轨迹．第五章曲线运动人教版·物理D．用图钉把白纸钉在竖直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽．E．把水平方向上距离斜槽末端一个小球半径处定为O点，在白纸上把O点描下来，利用重垂线在白纸上画出过O点向下的竖直线，定为y轴．上述实验中，缺少的步骤F是________；正确的实验步骤顺序是________．答案：调整斜槽末端水平DFEABC第五章曲线运动人教版·物理题型二利用平抛运动轨迹求初速度【例2】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L＝1.25cm，若小球在平抛运动中的几个位置如图5—3—6中a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式应为v0＝________(用L、g表示)，其值是________．第五章曲线运动人教版·物理【解析】平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，水平分运动是匀速直线运动，由于a与b、b与c、c与d的水平距离相等，因此相邻两点的时间间隔相等，设为T，竖直方向相邻两点的间隔之差相等，即L＝gT2.时间T内，水平位移为x＝2L，则第五章曲线运动人教版·物理规律总结：由上面的实验探究可知，平抛运动的物体在水平方向是做匀速直线运动，而且由于a与b、b与c、c与d的水平距离相等，因此相邻两点的时间间隔相等，故水平速度v＝.竖直方向上做匀变速直线运动，所以根据匀变速直线运动的规律——连续、相邻、相等时间内的位移差是一个常数，即Δy＝gt2，求出时间t，代入上面的公式即为所求运动物体的速度大小．第五章曲线运动人教版·物理应用2—1在探究平抛物体运动规律的实验中，某同学记录了运动轨迹上的三点A、B、C，他以A点为坐标原点建立直角坐标系，B、C两点对应的坐标如图5—3—7所示，g取10m/s2，求：(1)小球平抛的初速度；(2)小球平抛初始位置的坐标．图5—3—7第五章曲线运动人教版·物理解析：(1)小球竖直方向做自由落体运动，设A到B的竖直位移为y1＝15cm，B到C竖直位移y2＝(40－15)cm＝25cm，A到B或B到C的时间间隔为T，由Δy＝gT2有T＝Δyg＝y2－y1g＝25－15×10－210s＝0.1s，由v0＝ΔxT得v0＝10×10－20.1m/s＝1m/s.第五章曲线运动人教版·物理(2)设小球在B点的竖直分速度为vBy，A到C在竖直方向的平均速度等于vBy，即vBy＝40×10－22×0.1m/s＝2m/s，设抛出点O距A点的水平距离和竖直高度分别为x0和y0，则由抛出点O至B的时间t1＝vByg＝210s＝0.2s，得O至A的时间t0＝t1－T＝0.1s，所以x0＝v0t0＝1×0.1m＝0.1m＝10cm，y0＝12gt20＝12×10×0.12m＝0.05m＝5cm，以A点为坐标原点，抛出点坐标为O(－10，－5)．第五章曲线运动人教版·物理题型三实验创新设计【例3】请你由平抛运动原理设计测量弹射器射出弹丸的初速度的实验方法，提供的实验器材：弹射器(含弹丸，见示意图5—3—8)，铁架台(带有夹具)，刻度尺．第五章曲线运动人教版·物理(1)画出实验示意图．(2)在安装弹射器时应注意：________________.(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)________．(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中采取的方法是______________．(5)初速度的计算公式：________.第五章曲线运动人教版·物理【解析】(1)由平抛运动的实验原理，可知使弹丸做平抛运动，通过测量下落高度可求出运动时间，再测出水平位移可求出其做平抛运动的初速度，故实验示意图如图5—3—9所示．第五章曲线运动人教版·物理(2)为保证弹丸初速度沿水平方向，弹射器必须保持水平．(3)应测出弹丸下落的高度y和水平射程x，如图5—3—9所示．(4)在不改变高度y的条件下进行多次实验测量水平射程x，然后求水平射程x的平均值，以减小误差．第五章曲线运动人教版·物理规律总结：由平抛运动的实验原理，可知使弹丸做平抛运动，通过测量下落高度可求出时间，再测出水平位移可求出其做平抛的初速度；另外在不改变高度y的条件下进行多次实验测量水平射程x，求水平射程x的平均值是减小误差的可行方法．第五章曲线运动人教版·物理应用3—1某同学用图5—3—10甲所示装置测定弹射器射出的弹丸的初速度，图中斜面的倾角为37°，地面上放一张足够大的上面覆盖复写纸的白纸，以斜面边缘与底线的交点O为原点，沿斜面的两条底线分别作出x、y轴(图中已画出)；将弹射器置于斜面上，使弹射器的出口与斜面的边缘相齐，枪筒与边缘垂直，按下开关则小球抛出在白纸上打下一个点；多次改变高度打点，将打出的点迹用光滑曲线连接后得到如图5—3—10乙所示的图线，设该同学一切操作均很规范，图中A点的坐标为(30cm,60cm)，则小球从弹射器出口射出时的速度为多少？第五章曲线运动人教版·物理图5—3—10第五章曲线运动人教版·物理解析：由题意可知，小球抛出后打在A点时，抛出口距O的水平距离为60cm，则此时小球的高度h＝60cm×tan37°＝45cm，小球抛出的水平距离为x