實驗研究物體平拋運動

1、一、研究平拋物體的運動【重要知識提示】 1實驗?zāi)康?、原?(1)實驗?zāi)康模?(a)用描跡法描出平拋物體的運動軌跡； (b)求出平拋物體的初速度； (2)實驗原理： (a)平拋運動可以看作是由兩個分運動合成，一個是在水平方向上的勻速直線運動，其速度等于平拋物體運動的初速度，另一個是在豎直方向上的自由落體運動 (b)在水平分運動中，運用x=vt；在豎直分運動中，運用y=1/2gt2或y=gT2 2實驗器材 斜槽(附擋球板和鉛錘線)、水準儀、小鋼球、木板、豎直固定支架、刻度尺、三角板、白紙、圖釘、定點用的有孔卡片、重垂、鉛筆等 說明 定點用的有孔卡片的制作要求如圖51所示，在方形硬紙上沿中間實線挖出

2、一個孔，孔寬(A)應(yīng)稍大于鋼球直徑，孔長(B)一般大于鋼球直徑 3實驗步驟及安裝調(diào)整 (1)描述平拋物體運動的軌跡： (a)將斜槽放在桌面上，讓其末端伸出桌面邊緣外借助水準儀調(diào)節(jié)末端，使槽末端切線水平，隨之將其固定，如圖52所示 說明 如果沒有水準儀，則可將鋼球放于槽的末端調(diào)節(jié)斜槽后，輕輕撥動鋼球，若鋼球能在任何位置平衡，說明達到要求； (b)用圖釘將白紙釘在木板上，讓木板左上方靠近槽口處桌面邊緣，用支架將木板豎直固定，使小球滾下飛出槽口后的軌跡平面跟板面平行； (c)將小球飛離斜槽末端時的球心位置水平投影到白紙上描點O，并過。沿重垂線用直尺描出豎直方向； (d)選擇鋼球從槽上滾下的合適初位置

3、Q，在Q點放上擋球板； (e)將小球從斜槽上釋放，用中心有孔的卡片靠在紙面上并沿紙面移動，當飛行的小球順利地穿過卡片上小孔時，在小孔靠近紙面所在處做上記號；重復該步驟，描下至少5個不同位置的對應(yīng)點； (f)把白紙從木板上取下來，將前面描述的一系列點用平滑的曲線連接起來，即為小球平拋運動的軌跡 (2)求小球平拋的初速度： (a)以。為坐標原點，用三角板在白紙上建立z0夕坐標系； (b)在軌跡線上選取點M，并測出它的坐標值(z，y)，代人公式計算水平初速度； (c)再在曲線上選取不同點，重復步驟2(b)，測量、計算水平初速度，最后求出其平均值，即為小球平拋初速度的測量值 4注意事項 (1)在調(diào)整安

4、裝時，應(yīng)保證斜槽末端切線水平，確保鋼球飛出后作平拋運動；應(yīng)使木板(包括白紙)靠近槽口、豎直且與小球運動軌跡所在平面平行，確保運動小球靠近木板，但不接觸木板. (2)在實驗中應(yīng)使用斜槽擋球板，保證小球每次均從同一位置無初速釋放 說明：斜槽擋球板的位置應(yīng)恰當，以便使小球的運動軌跡由木板左上角到右下角. (3)在取下白紙前，應(yīng)在白紙上記下小球飛離槽口時球心位置0(鋼球球心在圖板上的水平投影點，而不是斜槽末端點的投影)，如圖53所示確定坐標軸原點，并用重垂線過0 作豎直線，以準確確定坐標系的y軸 (4)在軌跡曲線上選點時，應(yīng)選離坐標原點稍遠的點用以測量計算，這樣可減小誤差 【典型范例導析】 【例1】

5、在“研究平拋物體的運動”實驗中： (1)在安裝斜槽時，如何判斷其末端切線是否調(diào)整為水平? (2)由于需要通過多次釋放小球、描點，才能描繪小球的運動軌跡，那么在進行該步驟時應(yīng)注意什么? 解析 (1)調(diào)節(jié)斜槽使其末端點的切線水平時，最好使用水準儀如果沒有配備水準儀，則可借助小鋼球，將其放置于槽的末端，輕輕撥動后，若它能停留在放置的任意位置處，則說明達到要求 (2)在進行該步驟的操作中，應(yīng)注意兩點： (a)釋放小球時，應(yīng)選擇合適的初位置，最好使鋼球運動軌跡從圖板左上角到右下角，以減小測量誤差； (b)保證小鋼球每次滾下的初始高度相同且均由靜止釋放，因此，在實驗時，應(yīng)在斜槽上配套安裝擋球板若沒有配備擋

6、球板，則可用直尺、薄板代替，但不宜直接用手釋放 點評研究高考實驗試題可知：近年來考查學生動手操作能力的試題幾乎年年都有，這充分體現(xiàn)了學生親自動手操作實驗的必要性本例題以“研究平拋物體運動”實驗為例說明：為盡量減小實驗誤差，在對實驗器材的安裝、調(diào)整中，既要有嚴格的操作要求，又要有靈活處理的方法，學生手腦并用尤為必要 【例2】 在“研究平拋物體運動”實驗中，某同學在建立直角坐標系時，有一處失誤設(shè)他在安裝實驗裝置和進行其余的操作時準確無誤 (1)觀察如圖54，可知，他失誤之處是_ (2)他根據(jù)記錄建立坐標系，運用教材實驗原理測得的平拋初速度值與其真實值相比_(選填“偏大”、“相等”或“偏小”) 解析

7、 (1)坐標系原點應(yīng)建在正飛離斜槽槽口的小球重心處，即在槽口正上方r(r為小球半徑)處而該同學卻錯誤地將坐標原點取在槽口處 (2)如圖55所示，正確的坐標系橫軸應(yīng)建立在x處，原點應(yīng)在O處 在軌跡上取點P，其坐標值真實值為(x，y)，測量值為(z，y)，其中y>y，x=x 而 當套用課本實驗原理而又錯取坐標原點時，該同學得到的測量值偏大 點評無論將坐標原點是取在飛離槽口的球心處，還是將原點取在槽口處，只要認清平拋運動在水平方向、豎直方向運動性質(zhì)，就可這樣處理：如圖56所示在豎直方向上： 在水平方向上： v0=x/T當改用通用方法處理時，小球平拋初速度測量值會與真實值相吻合【例3】在“研究平

8、拋物體運動”的實驗中，某同學記錄了運動軌跡上三點A、B、C，如圖57所示，以A為坐標原點，建立坐標系，各點坐標值已在圖中標出求： (1)小球平拋初速度大??； (2)小球做平拋運動的初始位置坐標 解析 (1)如圖57所示，小球在徹段、13(2段水平位移相等，而小球在水平方向作勻速運動，因此小球在這兩段的運動時間tAB=tBC=T 小球在豎直方向作勻加速運動，由s=aT2得 25cm一15cm=lOOcms2·T2， T=O1s 小球在水平方向上作勻速運動，有v0=10cm/0.1s=lcms=lms (2)由于小球在豎直方向上作勻加速直線運動，小球在B點的豎直分速度大小等于AC段在豎直

9、方向平均速度大小 vBy=0.4/0.2=2(m/s) 設(shè)小球從拋出點0到B點歷時為tOB，有 tOB=vBy/g=0.2s 小球從拋出點0到A點歷時： tOA=tOBT=O1s 因此， xOA=v0tOA=lOcm， yOA=5cm 故0點坐標值為(一10，一5) 點評在學習中應(yīng)該學會認識事物的本質(zhì)，而不是膚淺地看表象；例如在解決本例題時，我們關(guān)鍵在于抓住其運動本質(zhì)，而不是生搬硬套某種解題方法不少學生將圖57中的A點作為小球拋出點，運用公式 x=v0t y=1/2gt2必然導致求解錯誤 在此實驗中，由于一些偶然因素對實驗者和實驗儀器的影響會造成誤差(稱偶然誤差)，減小這類誤差的方法是通過多次

10、實驗測量、計算最后結(jié)果再求其平均值在應(yīng)用平均法測量間接測量的物理量時，要平均的是待測量(平拋初速度)，而不是直接測量的物理量 如圖58所示，斜槽末端切線略向下傾斜，設(shè)其切線(虛線)與水平成角 在處理數(shù)據(jù)時，取小球運動軌跡上某點P點坐標(x，y)，設(shè)通過測量計算的小球飛到P點的時間為t測，而小球真實的運動時間為t真，則有 設(shè)小球平拋初速度的測量值、真實值分別為t測、t真，有 v測=x/t測， v真= 因此 v測< v真即當斜槽末端切線向下傾斜時會導致小球平拋初速度測量值偏小【能力跟蹤訓練】 1在“研究平拋物體運動”實驗中，白紙在木板上的固定情況如圖59所示，正確的做法是 ( ) 2在做“研

11、究平拋物體運動”實驗中，應(yīng)采取下列哪些措施減小實驗誤差? A斜槽軌道末端切線必須水平 B斜槽軌道必須光滑 C每次要平衡摩擦力 D小球每次應(yīng)從斜槽同一高度釋放 3一個學生在“研究平拋物體運動”的實驗中描出了如圖5-10所示的幾個實驗點，其中偏差較大的實驗點B產(chǎn)生的原因可能是 ( ) A小球滾下的高度較其它各次高 B小球滾下的高度較其它各次低 C小球在運動中遇到其它各次沒有遇到的阻礙 D小球開始滾下時，實驗者已給它一個初速度 4在“研究平拋物體的運動”的實驗中，要在白紙上作x0y坐標，其中確定y軸的方法是 ( ) A先過斜槽末端O作水平線，再作此水平線的垂線 B過斜槽末端0作一條豎直線 C利用重垂

12、線畫出通過斜槽末端0的豎直線 D取白紙的豎直邊緣為y軸 5在“研究平拋物體運動”的實驗中，為了描出物體的運動軌跡，實驗應(yīng)有下列各個步驟： A以0為原點，畫出與y軸相垂直的水平方向x軸； B把事先做好的有缺口的紙片用手按在豎直木板上，使由斜槽上滾下、拋出的小球正好從紙片的方孔中通過，用鉛筆在白紙上描下小球穿過這個缺口的位置； C每次都使小球從斜槽上固定的標卡位置開始滾下，用同樣的方法描出小球經(jīng)過的一系列位置，并用平滑的曲線把它們連接起來，這樣就描出了小球做平拋運動的軌跡； D用圖釘把白紙釘在豎直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽； E把斜槽末端拉高一個球半徑處定為0點，在白紙上描出0點，利用重垂

13、線在白紙上畫出過0點向下的豎直線，定為y軸 在上述的實驗步驟中，缺少的步驟F是_. 在實驗中，實驗步驟的正確順序是：_. 6如圖511所示，用頻閃照相法測當?shù)刂亓铀俣葧r， 用10次/秒的閃光照相機對正在做平拋運動的球拍攝的照 片背景是每格邊長為5cm的正方形格子試分析照片求當 地重力加速度【答案與提示】 1C(在描述小球平拋運動軌跡時，要在白紙上建立直角 坐標系，其坐標原點應(yīng)取在小球脫離槽口時小球重心處，因此：(a)安裝白紙時，應(yīng)將其左靠、對齊桌面邊緣(而不是槽口)，且白紙上邊緣要高于斜槽末端；(b)白紙面積大小要合適，盡量蓋滿木板，從而使描出的平拋運動軌跡較長(從白紙的左上角到右下角) 2

14、A、D(當斜槽末端切線沒有調(diào)整水平時，小球脫離槽口后并非作平拋運動但在實驗中，仍按平拋運動分析處理數(shù)據(jù)，所得的初速度的測量值與真實值肯定不相符，故斜槽末端切線不水平會造成誤差，選項A正確每次釋放小球時，只要讓它從同一高度、無初速開始運動，在相同的情形下，即使球與槽之間存在摩擦力，仍能保證球作平拋運動的初速度相同，因此斜槽軌道不必要光滑，更不必平衡摩擦力選項D正確，B、C中的措施是不必要的) 3B、C(觀察描點可知：B點偏差到平拋運動軌跡之下其原因之一可能是由于小球平拋初速度比其它各次偏小，而導致平拋初速度比其它各次小的原因可能是：(a)小球在斜槽上釋放的初位置高度偏低；(b)小球在運動中遇到了

15、其它各次沒有遇到的阻礙如小球滾下的初位置偏高或小球開始滾下時，實驗者不小心給它一個初速度，則描出的該點應(yīng)在平拋軌跡線之上) 4C(要準確確定坐標系y軸，需明確以下幾點：(1)確定坐標軸，需使用重垂線先確定y軸方向，再用三角板確定2軸；(2)坐標原點在斜槽末端之上廠處(廠為小球半徑)，因此y軸位置應(yīng)通過斜槽末端處在安裝木板時，應(yīng)使木板左邊緣緊靠桌面邊緣，因而白紙的左邊緣應(yīng)在斜槽末端的左邊，故不可能取白紙的豎直邊緣為y軸) 5在“研究平拋物體的運動”實驗中，影響研究、測量誤差的重要因素之一是斜槽末端切線是否水平，而本題提供的步驟中正缺少對斜槽的調(diào)整其安裝、調(diào)整要求是：(a)斜槽末端應(yīng)伸出桌面邊緣之外；(b)斜槽末端切線應(yīng)水平，具體操作方法是：調(diào)整斜槽，并將小球放在斜槽末端，輕輕撥動小球，若小球可停留在槽末端的任何位置，說明斜槽末端切線已調(diào)整呈水平因此，(1)缺少