高中物理人教版必修2課件：53-實驗：研究平拋運動

3.實驗:研究平拋運動3.實驗:研究平拋運動一二三四一、實驗目的1.用實驗的方法描出平拋運動的軌跡。2.由實驗軌跡求平拋運動物體的初速度。一二三四一、實驗目的一二三四二、實驗原理平拋物體的運動可以看成是由兩個分運動合成的,即水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動。使小球做平拋運動,利用描跡法描出小球的運動軌跡,建立平面直角坐標系,測出軌跡曲線上某一點的坐標x和y,根據(jù)公式x=v0t和一二三四二、實驗原理一二三四三、實驗器材斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重錘線、三角板、鉛筆、刻度尺。一二三四三、實驗器材一二三四四、實驗步驟1.實驗裝置如圖所示,安裝調(diào)整斜槽:將帶有斜槽軌道的木板固定在實驗桌上,其末端伸出桌面外,軌道末端切線水平。2.調(diào)整木板,確定坐標原點:用圖釘將坐標紙固定于豎直木板的左上角,把木板調(diào)整到豎直位置,使板面與小球的運動軌跡所在平面平行且靠近,把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口(軌道末端)時球心所在木板上的投影點O,O點即為坐標原點,用重錘線畫出過坐標原點的豎直線,作為y軸,畫出水平向右的x軸。一二三四四、實驗步驟2.調(diào)整木板,確定坐標原點:用圖釘將坐標一二三四3.描點:將小球從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下,小球從軌道末端飛出,先用眼睛粗略確定做平拋運動的小球在某一x值處的y值,然后讓小球由同一位置自由滾下,在粗略確定的位置附近用鉛筆較準確地描出小球通過的位置,并在坐標紙上記下該點。用同樣的方法確定軌跡上其他各點的位置。4.描繪出平拋運動的軌跡:取下坐標紙,將坐標紙上記下的一系列點,用平滑曲線連起來,即得到小球平拋運動軌跡。一二三四3.描點:將小球從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下,小球從軌一二三四5.計算初速度:在小球平拋運動軌跡上選取分布均勻的六個點——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板測出它們的坐標(x,y),并記錄在下面的表格中,已知g值,利用公式

y=gt2和x=v0t,求出小球做平拋運動的初速度v0,最后算出v0的平均值。一二三四5.計算初速度:在小球平拋運動軌跡上選取分布均勻的六實驗指導典例剖析一、注意事項1.保證斜槽末端切線水平,方木板豎直且與小球下落的平面平行,并使小球運動時靠近木板,但不接觸。2.小球每次都從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。3.小球做平拋運動的起點不是槽口的端點,應是小球在槽口時,球的重心在木板上的水平投影點。4.小球在斜槽上開始滾下的位置要適當,以便使小球運動的軌跡由木板的左上角到右下角。5.要選取距O點遠些的點來計算小球的初速度,這樣可減小誤差。實驗指導典例剖析一、注意事項實驗指導典例剖析二、實驗誤差來源和分析1.安裝斜槽時,其末端切線不水平。2.建立坐標系時,以斜槽末端端口位置為坐標原點,實際上應是末端端口上的小球球心位置為坐標原點。3.小球每次自由滾下的位置不完全相同。4.數(shù)據(jù)測量時,測量不準確而產(chǎn)生誤差。實驗指導典例剖析二、實驗誤差來源和分析實驗指導典例剖析三、數(shù)據(jù)處理1.計算初速度(1)在平拋小球運動軌跡上選取A、B、C、D、E五個點,測出它們的x、y坐標值。(2)把測到的坐標值依次代入公式y(tǒng)=gt2和x=v0t,求出小球平拋的初速度,并計算其平均值。2.驗證軌跡是拋物線拋物線的數(shù)學表達式為y=ax2,將某點(如B點)的坐標x、y代入上式求出常數(shù)a,再將其他點的坐標代入此關(guān)系式看看等式是否成立,若等式對各點的坐標近似都成立,則說明所描繪得出的曲線為拋物線。實驗指導典例剖析三、數(shù)據(jù)處理實驗指導典例剖析四、獲得平拋運動軌跡的其他方法1.噴水法如圖所示,倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管,其中一根彎成水平,加上一個很細的噴嘴。水從噴嘴中射出,在空中形成彎曲的細水柱,它顯示了平拋運動的軌跡。將它描在背后的紙上,進行分析處理。實驗指導典例剖析四、獲得平拋運動軌跡的其他方法實驗指導典例剖析2.頻閃照相法用數(shù)碼照相機可記錄下平拋運動的軌跡,如圖所示。由于相鄰兩幀照片間的時間間隔是相等的,只要測量相鄰兩照片上小球的水平位移,就很容易判斷平拋運動水平方向上的運動特點。實驗指導典例剖析2.頻閃照相法實驗指導典例剖析【例題1】

(對實驗步驟和原理的理解)在“研究平拋運動”的實驗中,可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度。實驗簡要步驟如下:A.讓小鋼球多次從

位置上滾下,記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置;

B.安裝好器材,注意斜槽末端水平和木板豎直,記下小球在斜槽末端時球心在木板上的投影點O和過O點的豎直線,檢測斜槽末端水平的方法是

。

C.測出曲線上某點的坐標x、y,用v0=

算出該小球的平拋初速度,實驗需要對多個點求v0的值,然后求它們的平均值。

D.取下白紙,以O(shè)為原點,以豎直線為y軸建立坐標系,用平滑曲線畫平拋軌跡。上述實驗步驟的合理順序是

(只排列序號即可)。

實驗指導典例剖析【例題1】(對實驗步驟和原理的理解)在“研實驗指導典例剖析解析：步驟A中要記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置,不可能在一次平拋中完成,每一次平拋一般只能確定一個位置,要確定多個位置,要求小球每次的軌跡重合,小球開始平拋時的初速度必須相同,因此小球每次必須從同一位置上滾下。步驟B中用平衡法,即將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。不論將小球放到斜槽末端任何位置,小球均不會滾動。如果斜槽末端不是水平的,小球?qū)l(fā)生滾動。答案：同一

將小球放到斜槽末端任一位置,均不滾動

BADC實驗指導典例剖析解析：步驟A中要記下小球運動途中經(jīng)過的一系列實驗指導典例剖析實驗指導典例剖析實驗指導典例剖析【例題2】導學號61270012(實驗數(shù)據(jù)的分析和處理)如圖甲所示,某種“研究平拋運動”的實驗裝置(1)(多選)當a小球從斜槽末端水平飛出時與b小球離地面的高度均為H,此瞬間電路斷開使電磁鐵釋放b小球,最終兩小球同時落地。該實驗結(jié)果可表明(

)A.兩小球落地速度的大小相同B.兩小球在空中運動的時間相等C.a小球在豎直方向的分運動與b小球的運動相同D.兩小球在空中運動時的加速度相等實驗指導典例剖析【例題2】導學號61270012(實驗數(shù)據(jù)的實驗指導典例剖析(2)利用該實驗裝置研究a小球平拋運動的速度,從斜槽同一位置釋放小球,實驗得到小球運動軌跡中的三個點A、B、C,如圖乙所示。圖中O為坐標原點,B點在兩坐標線交點,坐標

xB=40cm,yB=20cm,A、C點均在坐標線的中點。則a小球水平飛出時的初速度大小為v0=

m/s;平拋小球在B點處的瞬時速度的大小vB=

m/s。

實驗指導典例剖析(2)利用該實驗裝置研究a小球平拋運動的速度實驗指導典例剖析解析：(1)兩小球同時落地。表明兩小球在豎直方向的運動是一樣的,選項B、C、D正確。答案：(1)BCD

(2)2

2實驗指導典例剖析解析：(1)兩小球同時落地。表明兩小球在豎直實驗指導典例剖析實驗指導典例剖析實驗指導典例剖析變式訓練

在研究平拋運動的實驗中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L=1.25cm,若小球在平拋運動中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示,則小球的初速度的計算公式為v0=

(用L、g表示),其值是

(g取9.8m/s2)。

實驗指導典例剖析變式訓練在研究平拋運動的實驗中,用一張印有實驗指導典例剖析解析：ab、bc、cd水平方向等間距:x=2L=v0T。豎直方向:Δy=aT2,即L=gT2。實驗指導典例剖析解析：ab、bc、cd水平方向等間距:x=2實驗指導典例剖析【例題3】導學號61270013(對實驗原理的理解和遷移應用)某科學興趣小組利用下列裝置驗證小球平拋運動規(guī)律,設(shè)計方案如圖甲所示,用輕質(zhì)細線拴接一小球,在懸點O正下方有水平放置的熾熱的電熱絲P,當懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷;MN為水平木板,已知懸線長為L,懸點到木板的距離OO'=h(h>L)。實驗指導典例剖析【例題3】導學號61270013(對實驗原理實驗指導典例剖析(1)電熱絲P必須放在懸點正下方的理由是

。

(2)將小球向左拉起后自由釋放,最后小球落到木板上的C點,O'C=s,則小球做平拋運動的初速度v0=

。

(3)在其他條件不變的情況下,若改變釋放小球時懸線與豎直方向的夾角θ,小球落點與O'點的水平距離s將隨之改變,經(jīng)多次實驗,以s2為縱坐標、cosθ為橫坐標,得到如圖乙所示圖象。則當θ=30°時,s為

m。

實驗指導典例剖析(1)電熱絲P必須放在懸點正下方的理由是實驗指導典例剖析解析：(1)電熱絲P放在懸點正下方,是因為當小球擺到最低點時,速度v0為水平方向,此時懸線剛好被燒斷,以保證小球做平拋運動。(3)由s2-cos

θ圖象可知s2=2-2cos

θ,當θ=30°時,代入上式得s=0.52

m。實驗指導典例剖析解析：(1)電熱絲P放在懸點正下方,是因為當123451.在“研究平拋物體的運動”的實驗中,已備有下列器材:有孔的硬紙片、白紙、圖釘、平板、鉛筆、弧形斜槽、小球、刻度尺、鐵架臺,還需要的器材有(

)A.停表

B.天平C.重錘線 D.測力計解析：實驗不需要測量時間和質(zhì)量,也不需要測量力,也就不需要停表、天平、測力計這些器材,但豎直線需要用重錘線來確定,選項C正確。答案：C1234123452.如圖所示,在研究平拋運動時,小球A沿軌道滑下,離開軌道末端(末端水平)時撞開輕質(zhì)碰撞開關(guān)S,被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落,改變整個裝置的高度H做同樣的實驗,發(fā)現(xiàn)位于同一高度的

A、B兩球總是同時落地,該實驗現(xiàn)象說明了A球在離開軌道后(

)A.水平方向的分運動是勻速直線運動B.水平方向的分運動是勻加速直線運動C.豎直方向的分運動是自由落體運動D.豎直方向的分運動是勻速直線運動解析：A、B兩球同時落地,只能說明A球的豎直分運動與B球自由落體運動情況相同,故選項C正確。答案：C1234123453.(多選)在“研究平拋物體的運動”的實驗中,小球做平拋運動的坐標原點位置是(設(shè)小球半徑為r)(

)A.斜槽口末端O點B.小球在槽口時,球心在木板上的投影點C.槽口O點正前方r處D.小球放在槽口末端時,過小球最高點的水平線與槽口的豎直線的交點正下方r處解析：小球做平拋運動的起點不是槽口的端點,而是球的球心在槽口上方時,球心在板上的水平投影點,該投影點的位置要比槽口的位置高一些,確定該投影點的位置用選項B、D的說法即可。答案：BD1234123454.在“研究平拋運動的實驗”中,不會增大實驗誤差的是

(

)A.小球每次自由滾落的高度不同B.斜槽末端不水平C.小球飛行過程受到空氣阻力D.斜槽與小球之間有摩擦解析：為保證小球每次做平拋運動的初速度相同,每次釋放小球時應在斜槽上的同一位置,選項A錯誤;斜槽末端