2020版高中物理 第五章 曲线运动 3 实验研究平抛运动课件 新人教版必修2

3.实验:研究平抛运动【实验目的】1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。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。【实验原理】1.利用追踪法描点并绘出小球运动的轨迹。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,根据x=v0t,y=gt2得初速度v0=x。12g2y【实验器材】斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。【实验过程】一、实验步骤1.安装调整:(1)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。(2)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。如图所示。2.建坐标系:把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点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.确定小球位置:(1)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。(2)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。(3)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轨迹。二、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线:在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…用刻度尺测量各点的坐标(x,y)。(1)代数计算法:将某点(如M3点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数a,再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立,若等式对各点的坐标都近似成立,则说明所描绘得出的曲线为抛物线。(2)图象法:建立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值,在坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,若大致在一条直线上,则说明平抛运动的轨迹是抛物线。2.计算初速度:在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x,y),并记录在下面的表格中,已知g值,利用公式y=gt2和x=v0t,求出小球做平抛运动的初速度v0,最后算出v0的平均值。12ABCDEFx/mmy/mmv0=x/(m·s-1)v0的平均值g2y【误差分析】1.用轨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。【注意事项】1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。2.方木板固定: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.小球释放:(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。(2)小球开始滚下的位置高度要适中,以使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。5.初速度的计算: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。【实验创新】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,且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴。水从喷嘴射出,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。类型一实验原理及操作【典例1】(1)在用如图装置做“研究平抛物体的运动”的实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的是。世纪金榜导学号A.重垂线B.秒表C.坐标纸D.弹簧测力计(2)实验简要步骤如下:A.让小球多次从斜槽上不同位置由静止滚下,用铅笔试碰的方法记下小球运动中的系列位置B.安装好器材,记下斜槽末端O点和过O点的竖直线C.测出轨迹上某点的坐标(x、y),算出小球的平抛初速度v0D.取下白纸、以O为原点,竖直为y轴,水平为x轴,建立坐标系,用直线将数据点连接起来得到小球运动的轨迹E.在轨迹上选取多个点,重复步骤C,求v0的平均值作为该平抛运动的初速度①上述实验步骤存在明显错误的两个是(填序号)分别改正为:。②改正错误后,实验的合理操作顺序是(只填序列号)③实验步骤中能明显减小误差的一项是(填序号)【解析】(1)做“研究平抛物体的运动”的实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,还需要的是重垂线与坐标纸,时间通过打点计时器确定,不需要秒表,本实验与弹簧测力计无关,故选A、C。(2)①A项错误,应改正为:让小球多次从斜槽上同一位置由静止滚下,用铅笔试碰的方法记下小球运动中的系列位置;D项错误,应改正为:取下白纸、以O为原点,竖直为y轴,水平为x轴,建立坐标系,用平滑曲线将数据点连接起来得到小球运动的轨迹;②实验时先组装器材,操作步骤为B,然后进行实验,步骤为A,最后数据处理,步骤为DCE,所以操作的顺序为BADCE。③实验步骤中能明显减小误差的一项是E,实验数据取平均值,从而减小误差。答案:(1)A、C(2)①A、D见解析②BADCE③E类型二实验数据处理与误差分析【典例2】(2019·福州高一检测)图甲是“研究平抛物体运动”的实验装置图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹。世纪金榜导学号(1)以下是实验过程中的一些做法,其中合理的有。A.安装斜槽轨道,使其末端保持水平B.每次小球释放的初始位置可以任意选择C.每次小球应从同一高度由静止释放D.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连(2)图乙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O为平抛的起点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B两点竖直坐标y1为5.0cm、y2为45.0cm,A、B两点水平间距Δx为40.0cm。则平抛小球的初速度v0=_____m/s,若C点的竖直坐标y3为60.0cm,则小球在C点的速度vC=m/s(结果保留两位有效数字,g取10m/s2)。【解析】(1)通过调节使斜槽末端保持水平,是为了保证小球做平抛运动,故A正确;因为要画同一运动的轨迹,必须每次释放小球的位置相同,且由静止释放,以保证获得相同的初速度,故B错误,C正确;用描点法描绘运动轨迹时,应将各点连成平滑的曲线,不能连成折线或者直线,故D错误。(2)测得A、B两点竖直坐标y1为5.0cm,y2为45.0cm,A、B两点水平间距Δx=40.0cm,根据平抛运动的处理方法,竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速直线运动,所以y1=,y2=,水平方向的速度即平抛小球的初速度为v0=,联立代入数据解得:v0=2.0m/s;若C点的竖直坐标y3为h=60.0cm,则小球在C点时竖直方向分211gt2221gt2xt速度为vy,据公式可得=2gh,所以vy=2m/s,所以C点的速度为:vC=m/s=4.0m/s。答案:(1)A、C(2)2.04.02yv1243