淺談研究平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、精心整理淺談研究平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)湖北陳宏研究平拋物體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理中的重要實(shí)驗(yàn)之一，高考復(fù)習(xí)時(shí)不但要掌 握課本上介紹的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理方法，而且還要掌握研 究平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)?？v觀歷年高考物理試題，很多實(shí)驗(yàn)試題都是考查學(xué)生 對中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的。下面就談?wù)勓芯科綊佭\(yùn)動實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。一、實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新I JI要得到平拋運(yùn)動的軌跡，有多種實(shí)驗(yàn)方法，下面介紹幾種新的實(shí)驗(yàn)方法。方法1:用水流研究平拋物體的運(yùn)動,如圖1,倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著A I * J兩根兩端開口的細(xì)管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段“更細(xì)的硬管作為噴嘴。圖1水平噴出水從

2、噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動的軌跡。設(shè)法把它描在背后的紙上就能進(jìn)行分析處理了。插入瓶中的另一根細(xì)管的作用，是保持從噴嘴射出水流的速度不變，使其不隨 瓶內(nèi)水面的下降而減小。這是因?yàn)樵摴苌隙伺c空氣相通，A處水的壓強(qiáng)始終等于大氣 壓，不受瓶內(nèi)水面高低的影響。因此，在水面降到A處以前的很長一段時(shí)間內(nèi)，都可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱。方法2:用數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄平拋運(yùn)動的軌跡數(shù)碼相機(jī)大多具有攝像功能，每秒鐘拍攝約 15幀照片?？梢杂盟臄z小球從水 平桌面飛出后做平拋運(yùn)動的幾張連續(xù)照片。如果用數(shù)學(xué)課上畫函數(shù)圖象的方格黑板 做背景，就可以根據(jù)照片上小球的位置在方格紙上畫出小球的軌跡。

3、方法3:在水平方向平移擋板法木板釘上復(fù)小球從斜梢板上留下痕斜梢上緊靠 下痕跡B;又在做“研究平拋物體的運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球在不同時(shí)刻所通過的位置, 實(shí)驗(yàn)時(shí)用如圖2所示的裝置，將一塊平 寫紙和白紙，豎直立于梢口前某處，使 上緊靠擋板處由靜止滑下，小球撞在木 跡A;將木板向后移距離x,再使小球從 擋板處由靜止滑下，小球撞在木板上留 將木板再向后移距離x,小球再從斜梢上緊靠擋板處由靜止滑下，再得到痕跡 C若 測得木板每次后移距離x, A B間距離Vi, A C間距離V2 (g取9.80m/s2)根據(jù)以2上直接測量的物理量可導(dǎo)出測小球初速度的公式為 V0、- y2 -2yi方法4:在水平方向側(cè)

4、移擋板法某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)研究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示，A是一塊 平面木板，在其上等間隔地開鑿出一組平行的插梢(圖 3中PoP。、RP；)，梢間 距離均為d。把覆蓋復(fù)寫紙的白紙鋪貼在硬板 B上。實(shí)驗(yàn)時(shí)依次將B板插入A板的各 插梢中，每次讓小球從斜軌的一同位置由靜止釋放。每打完一點(diǎn)后，把B板插入后Po Pi Pz P3 R 用圖4(1)實(shí)驗(yàn) 前應(yīng)對實(shí)驗(yàn)裝 置反復(fù)調(diào)節(jié)， 直到。每 次讓小球從同 一位置由靜止 釋放，是為了圖3板向內(nèi)側(cè)平移距離d ,是為了(2)每次將B(3)在圖4中繪出小球做平拋運(yùn)動的軌跡。X一梢中并同時(shí)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。實(shí)驗(yàn)得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)， 如

5、 圖4所示。精心整理解析：(1)斜軌末端水平、A板水平、插梢RR/垂直斜軌末端正下，使小球每 次作平拋運(yùn)動的初速度都相同。(2)使記錄紙上每兩點(diǎn)之間的水平距離等于小球在水平方向?qū)嶋H運(yùn)動的距離。(3)如圖5所示二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新1 .x、y軸都畫出，坐標(biāo)原點(diǎn)未畫出的數(shù)據(jù)處理點(diǎn)的相對位 含著“物體 間為To,由得 L = gTo2 ,例1.在研究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊 長為L=1.25cm,若小球在平拋運(yùn)動途中的幾個(gè)位置如圖 6中的a、b、c、d所示，則小 球平拋的初速度的計(jì)算式為Vo=(用L, g表示)，其值為(取g=9.8m/s2)分析與解：根據(jù)題意

6、，仔細(xì)審查圖中a、b、c、d四置，發(fā)現(xiàn)相鄰的兩點(diǎn)間的水平距離均為 2L,這里就隱 I在相鄰的兩點(diǎn)間運(yùn)動時(shí)間相等”的條件，設(shè)這相等時(shí)于豎直方向是加速度為g的勻加速運(yùn)動，由AS = aT2可再由水平方向是勻速運(yùn)動得2L = VoTo ,聯(lián)立上述兩式解得vo = 2Ig = 0.70m/s2 .y軸畫出，x軸和坐標(biāo)原點(diǎn)都未畫出的數(shù)據(jù)處理、例2.某同學(xué)在做平拋物體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎 未定好原點(diǎn)，只畫了豎直線，而且只描出了平拋物體的后一部分軌.跡，如圖7所V 圖7示。依此圖只用一把刻度尺，如何計(jì)算出平拋物體的初速度V0?分析與解：為了求出平拋物體的初速度，要畫出三條等距( x)、平行于y軸圖8的豎直線與

7、軌跡交于A、B、C三點(diǎn)，如圖8所示。然A、B C三點(diǎn)作三條水平直線，A B兩點(diǎn)豎直距離為 豎直距離為y1,A、C兩點(diǎn)豎直距離為y2,由Ax=v0T和精心整理Ay = y -2yi = gT2,解得：Vo =以如/4y - 2y1.3 .x軸畫出，y軸和坐標(biāo)原點(diǎn)都未畫出的數(shù)據(jù)處理例3.某同學(xué)做“研究平拋運(yùn)動規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，只在白紙上畫出了與初速度平行的OX軸，以及做平拋運(yùn)動小球的一部分軌跡，忘了畫坐標(biāo)原點(diǎn)和 Oy軸，如圖9所示。在這種情況下，若只用刻度尺，如何求得該小球的初速度Vo?(1)寫出測量的主要步驟和需要測量的圖9物理量，并在圖上標(biāo)出有關(guān)物理量的符號；(2)用測得的物理量和有關(guān)常量，寫出

8、計(jì)算該小球初速度Vo的表達(dá)式Vo=.分析與解：(1)在該運(yùn)動軌跡上取相鄰的兩個(gè)點(diǎn)間鄰兩個(gè)點(diǎn)圖11拋小球的照 持底片的上 向(保留作圖 況下，若只用T?(重力加的水平距離相等的三個(gè)點(diǎn) A、R C;測出相 I間的水平距離x和相鄰兩個(gè)點(diǎn)間的豎直距離yi和y2,設(shè)Ay 斗 y2 -yi |4 .利用頻閃照片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理例4.如圖11所示，是用閃光燈照相法攝的一個(gè)平 片，照相機(jī)每隔相等時(shí)間曝光一次，拍照時(shí)，不能保 邊緣是水平，請用合理的辦法確定圖中重力加速度方 痕跡)。若圖距與實(shí)際距離之比為 1: 10。在這種情 刻度尺，如何求得該小球的初速度Vo和曝光時(shí)間間隔速度g已知)(1)寫出測量的主要步驟和需要

9、測量的物理量，并在圖上標(biāo)出有關(guān)物理量的符號;精心整理(2)用測得的物理量和有關(guān)常量，寫出計(jì)算該小球初速度V0的表達(dá)式V0=.分析與解：把首末兩點(diǎn)相連并且三等份，各等份點(diǎn)與對應(yīng)順序的照片上的點(diǎn)相連，即是重力加速度所標(biāo)明方向.用刻度尺測出圖中的 x和y1、y2,則有:210 x =v0T , 10y2 -10yi = gT在的直線，并解得T二巫正 V0 =10X0 g1.10丫2 -I0yi三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新1.利用平拋運(yùn)動測子彈的速度例5.試根據(jù)平拋運(yùn)動原理設(shè)計(jì)測量彈射器彈丸出射初速度方法。提供實(shí)驗(yàn)器材：彈射器(含彈丸，如圖13所的湖匕示。鐵架臺(帶有夾具)、米尺(1)在方框中畫出實(shí)驗(yàn)示意圖。(

10、2)在安裝彈射器時(shí)應(yīng)注意:(3)實(shí)驗(yàn)中需要測量的量(并在示意圖中用字母標(biāo)出):(4)由于彈射器每次射出的彈丸初速度不可能完全相等，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的方法計(jì)算公式：分析與解：彈射器只有保持水平，彈出的彈丸的運(yùn)動才是平拋運(yùn)動，則下降的豎直高度y,可以利用y=1at2,求出平拋運(yùn)動的時(shí)間；測出水平位移，可求出水平 2速度v=J進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，求平均值減小誤差。 t(1)實(shí)驗(yàn)示意圖如圖14所示；(2)彈射器必須保持水平；(3)彈丸下降高度y和水平射程x；(4)在不變高度y的條件下進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，測量水平射程 x,得出平均水平射(5) V=X02.利用平拋運(yùn)動測彈性勢能例6、為了測定一根輕彈簧壓縮最短時(shí)儲存的

11、彈性勢能大小，可以將彈簧固定在一帶有凹梢軌道一端，并將軌 圖15道固定在 j水平桌面邊緣上，如圖15所示，用鋼球?qū)椈蓧嚎s至最短，而后突然釋放，鋼球?qū)?沿軌道飛出桌面，實(shí)驗(yàn)時(shí)：/ 八 r.: 廠 I(1)需要測定的物理量是;(2)計(jì)算彈簧最短時(shí)彈性勢能的關(guān)系式是 Ep=。分析與解：要求彈簧的彈性勢能，因只有彈簧的彈力對小球做功，則彈簧的彈 性勢能等于小球離開桌面時(shí)的動能。要求小球離開桌面時(shí)間的動能，則就要求出小 球離開桌面時(shí)的速度。求小球離開桌面的速度，則需要根據(jù)平拋運(yùn)動的有關(guān)知識來 解。(1)需要測定的物理量是桌子的高度 h,鋼球落地點(diǎn)跟桌子邊緣的水平距離 s;(2)彈簧最短時(shí)彈性勢能的關(guān)系式是Ep =遺P 4h3.利用平拋運(yùn)動測水泵流量例7、物理學(xué)是很實(shí)用的一門學(xué)科，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有許多運(yùn)用。請你用所學(xué)的圖位時(shí)間內(nèi)泵的出水實(shí)驗(yàn)器材物理知識幫助農(nóng)民估測出農(nóng)用水泵的流量(在單 通過流管橫截面的流體體積稱為流量)。已知水 管是水平的，且出水管外徑在10cm左右。提供的有：一把鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、一長直細(xì)木棒和一重錘線。(1)寫出測