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1．实验目的(1)用实验的方法描出平抛物体的运动轨迹；(2)由运动轨迹求平抛物体的初速度．第5单元实验：探究平抛运动的规律[实验基础夯实]2．实验原理平抛物体的运动可以看做是由两个分运动合成的，即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动．使小球做平抛运动，建立坐标系，利用描迹法描出小球的运动轨迹，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，根据公式：x＝v0t和y＝12gt2，就可求得v0＝xg2y，即小球做平抛运动的初速度．3．实验器材斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺[核心要点突破]1．实验步骤(1)实验装置如图所示，安装调整斜槽：将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面、切线沿水平方向．(2)调整木板，确定坐标原点：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，把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心在木板上的投影点O，O点即为坐标原点，利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)描点：让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x值处的y值，然后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，并在标纸上记下该点，用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．(4)描绘出平抛运动的轨迹：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，即为小球做平抛运动的轨迹．(5)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＝12gt2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.2.获得平抛运动轨迹的方法(1)喷水法如图，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．[直管的作用是保证A处的压强等于大气压强，使弯管喷出水的速度(平抛初速度)不受瓶内液面的影响]水从喷嘴中喷出，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)描迹法实验装置如图所示，钢球从斜槽上滚下，从水平槽飞出后做平抛运动，每次都使钢球在斜槽的同一位置滚下，钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的，用铅笔描出小球每次经过的位置，通过多次实验，在竖直放置的白纸上记录钢球经过的多个位置，连起来便可得到钢球做平抛运动的轨迹．(3)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，只要分别测量相邻两照片上小球的水平位移和竖直位移，就很容易判断平抛运动水平方向和竖直方向上的运动特点．3.注意事项(1)利用描迹法做实验时必须调整斜槽末端使其切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端，看其是否滚动)．(2)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)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下．(4)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)小球开始滚下时的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜．(6)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．4．数据处理(1)判断平抛运动的轨迹是不是抛物线如图所示，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，那么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)．用刻度尺测量某点的坐标值，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值，如果各点的x、y值均满足同一关系式y＝ax2(在误差范围内)，便可确定这条曲线是一条抛物线．(2)根据平抛运动轨迹求平抛物体的初速度①在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0，因x＝v0t，y＝12gt2，故v0＝xg2y.②在轨迹上任取三点A、B、C使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2所以t＝hBC－hABg所以初速度v0＝xt＝xghBC－hAB.【典例1】在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：A．让小球多次从________位置滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．B．按图安装好器材，注意____________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线．C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹．(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上．(2)上述实验步骤的合理顺序是________．实验原理和实验步骤[自主解答]为保证小球的运动轨迹相同，应使小球每次做平抛运动的初速度相同，所以应让小球每次都从斜槽上的相同位置滚下，安装器材时应注意使斜槽末端水平，方木板竖直且板面与斜槽末端切线平行紧靠斜槽末端放置．[答案](1)斜槽上的相同斜槽末端切线水平，方木板竖直且与小球运动轨迹所在竖直面平行(2)B、A、C【典例2】(1)在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上________．A．通过调节使斜槽的末端保持水平B．每次释放小球的位置必须不同C．每次必须由静止释放小球D．记录小球位置用的铅笔每次必须严格地等距离下降E．小球运动时不应与木板上的白纸相接触F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线实验数据的处理(2)某同学在做“研究平抛运动”的实验中，忘记记下小球做平抛运动的起点位置O，A为物体运动一段时间后的位置，根据右图所示，求出物体做平抛运动的初速度为________m/s.[自主解答](1)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；调整方木板使其板面竖直且与小球的运动轨迹平行，使小球的运动靠近木板但不与木板接触，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](1)A、C、E(2)2.0(2)由题图可知AB、BC间的竖直距离yAB＝15cm＝0.15m，yBC＝25cm＝0.25m因为小球在水平方向做匀速直线运动，又xAB＝xBC＝0.20m，所以小球从A运动到B与从B运动到C的时间相同，设此时间为t.据yBC－yAB＝gt2得t＝yBC－yABg＝0.25－0.1510s＝0.10s因为xAB＝v0t，所以v0＝xABt＝0.200.10m/s＝2.0m/s.【典例3】试根据平抛运动原理，设计“测量弹射器射出的弹丸初速度”的实验方法，提供的实验器材如下：弹射器(含弹丸，如图所示)；铁架台(带有夹具)；米尺．(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为(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，在实验中应采取的方法是_________；(5)计算公式：____________________________.实验创新设计[自主解答](1)实验示意图如图所示(2)弹射器必须保持水平，以保证弹丸初速度沿水平方向．(3)弹丸下降的高度y和水平射程x，如上图所示．(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，得出水平射程x的平均值x，以减小误差．[答案]见自主解答(5)因为y＝12gt2，所以t＝2yg，又x＝v0·t，故v0＝xt＝x2y/g＝xg2y.本小节结束请按ESC键返回