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一、实验目的1．用实验方法描出平抛物体的运动轨迹．2．依据运动轨迹求平抛物体的初速度．021.12xygygttxvt平抛物体的运动可以看做是两个分运动的合运动：一是水平方向的 ，另一个是竖直方向的 令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平匀速直线运动自由落体抛运动的曲线，建立坐标系，测出曲线上的某一点的坐标和，根据重力加速度的数值，利用公式＝求运动飞行时间＝出小球的 ，再利用公式 ，求出小球的水平分速度，即为小球做平抛运动的．二、实验原理2202)2(yxgv初速度．轨迹方程：＝．抛物线三、实验器材斜槽，竖直固定在铁架台上的木板，白纸，图钉，小球，有孔的卡片，刻度尺，重垂线．四、实验步骤1．安装、调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，斜槽末端切线水平，以保证小球做平抛运动．可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好．2．调整木板：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行．然后把重垂线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变．3．确定坐标原点O：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O，O点即为坐标原点．4．描绘运动轨迹：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片上的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置．保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置．取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹．2000.125OyxABCDEFxyxvtygtvv以点为原点画出竖直向下的轴和水平向右的轴，并在曲线上选取、、、、、六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标和，用公式＝和＝计算出小球的初速度，最后计算出的平均值，并将有关数据记．计入算速度：表格内初选点编号竖直位移y(m)水平位移x(m)时间t(s)速度v0(m/s)初速度平均值v0(m/s)12345一、实验的注意事项解答：1．在调整安装时，应保证斜槽末端切线水平，确保钢球飞出后做平抛运动；应使木板(包括白纸)靠近槽口、竖直且与小球运动轨迹所在平面平行，确保运动小球靠近木板，但不接触木板．2．在实验中应使用斜槽挡球板，保证小球每次均从同一位置无初速释放．说明：斜槽挡球板的位置应恰当，以便使小球的运动轨迹由木板左上角到右下角．3．在取下白纸前，应在白纸上记下小球飞离槽口时球心位置O(钢球球心在木板上的水平投影点，而不是斜槽末端点的投影)．4．在轨迹曲线上选点时，应选离坐标原点稍远的点用以测量计算，这样可减小误差．二、实验的误差来源解答：本实验误差的主要来源有：(1)小球受空气阻力；(2)斜槽末端切线不水平；(3)小球每次自由滚下的位置不同．因此，实验中要选密度大的小金属球，斜槽末端切线一定要调水平，小球每次从斜面上较高的同一点由静止释放，以减小偶然误差．1．实验步骤操作的规范性例1：下面是做“研究平抛物体的运动”实验步骤：A．将钢球从斜槽上的某点释放，它离开槽后在空间做平抛运动，在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球，钢球恰好从孔中央通过而不碰到边缘，然后对准孔中央在白纸上记下一个点；B．以斜槽末端作为平抛运动的起点O，在白纸上标出O的位置；C．取下白纸，在纸上画出一条与竖直线Oy垂直的直线Ox；D．用平滑的曲线把记录小球通过的位置的若干点连结起来，就得到平抛运动的轨迹．由于测定各个点时存在误差，所画的曲线可不通过个别偏差大的点，但必须保持曲线光滑，不许出现凹陷处；E．从斜槽上不同点释放小球，用步骤A的方法确定平抛轨迹上的其他点；F．在曲线上取5～6个点(不必是步骤A测出的点)，用刻度尺测出每个点的坐标值x、y，分别求出小球的初速度，然后取平均值就得到实验测出的初速度；G．靠目测在纸上画出过O点向下的竖直线Oy；H．将白纸用图钉钉在竖直的木板上，在木板的左上角固定斜槽．以上实验步骤有错误或不足，需要修改的是__________________________________________________________________________________________________________________；以上实验步骤修改后按正确的顺序排列的是________________________________________________________________________．答案：步骤(B)中应把小球放在斜槽末端，以球心位置为起点O，O应在槽末端正上方；步骤(E)中应从斜槽上同一点重复释放小球；步骤(G)中应利用重垂线画出竖直线Oy；步骤(H)中应把小球放在斜槽末端平直部分，调整到小球不发生滚动时，槽末端成水平方向，再固定斜槽H、B、G、A、E、C、D、F变式训练1:(2010·广西模拟)在“研究平抛物体运动”实验中，某同学在建立直角坐标系时，有一处失误，设他在安装实验装置和进行其余操作时准确无误．(1)观察图462可知，他失误之处是：_________________________________________________________________________________________________________________________.(2)他根据记录建立坐标系，运用教学实验原理测得的平抛初速度值与其真实值相比________(选填“偏大”、“相等”或“偏小”)．答案：(1)由图可以看出该同学错误地将坐标原点取在槽口处．坐标系原点应建立在飞离斜槽口的小球重心处，即在槽口上方r(r为球半径)处(2)偏大2．实验数据的记录与处理例2：在“研究平抛物体的运动”的实验中，某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C，如图4-63所示，以A为坐标原点，建立坐标系，各点坐标值已在图中标出，求：(1)小球平抛初速度大小；(2)小球做平抛运动的初始位置坐标．1232135(21)1.nyyyynygTABCABBC平抛运动中，在水平方向上，相同时间通过的水平分位移相等，竖直方向上，从抛出时刻开始算起，连续相等时间间隔的位移比为∶∶∶∶＝∶∶∶∶－．连续相等时间间隔位移差为一常数即＝利用平抛物体两分运动的这些特点，就可以求解已知平抛物体运动轨迹而确定初速度及抛出点坐标问题．由、、三点横坐标知，小球从点运动到点和从点解析：运动到点时2TygT间相等，设该时间为，小球在竖直方向做自由落体运动，由＝得：00.1s20.250.1m/s2.0m/s5100.4000.10.2s0m/s1.0m.2002.0/s0.s110ByByTsBvxvTgBttygv＝＝＝由匀变速直线运动规律：一段时间内的平均速度等于这段时间中间时刻的瞬时速度．物体经点时的竖直分速度＝＝设从抛出点运动到点所用时间为，则＝＝＝＝＝＝1101221(0.200.10)s0.10s1.00.10m0.10m10cm100.10m0(10cm1122.050m5cm5cm)AAtAttTtxvtyg从抛出点运动到点所用时间为＝－＝－＝在时间内小球的水平位移为＝＝＝＝竖直位移＝＝＝＝由题中所建立的坐标系得出抛出－，－点坐标为变式训练2：某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置，如图464.在水平桌面上放置一个斜面，让钢球从斜面上由静止滚下，钢球滚过桌边后便做平抛运动．在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板，木板由支架固定成水平，木板所在高度可通过竖直标尺读出，木板可以上下自由调节．在木板上固定一张白纸．该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验：A．实验前在白纸上画一条直线，并在线上标出a、b、c三点，且ab＝bc，如图．量出ab长度L＝20.00cm.B．让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中a点，记下此时木板与桌面的高度差h1＝h.C．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中b点，记下此时木板与桌面的高度差h2＝h＋10.00(cm)．D．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板高度，使得钢球正好击中c点，记下此时木板与桌面的高度差h3＝h＋30.00(cm)．则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小v0＝_______m/s，钢球击中b点时其竖直分速度大小为vby＝__________m/s.已知当地的重力加速度为g＝10m/s2，空气阻力不计．2.01.53．实验原理或方法的迁移与创新例3：利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图465(a)所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知悬线长为L，悬点到木板的距离OO′＝h(h＞L)．(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是：__________.(2)将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，O′C＝x，则小球做平抛运动的初速度为v0＝__________.(3)在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角θ，小球落点与O′点的水平距离x将随之改变，经多次实验，以x2为纵坐标、cosθ为横坐标，得到如图465(b)所示图象．则当θ＝30°时，x为__________m；若悬线长L＝1.0m，悬点到木板间的距离OO′为__________m.20222202Pc12222121232(os22cos30c)0.os02mm52m2xvthLgtxxxxvhgLgtxLgvxhLx电热丝放在悬点正下方，是因为当小球摆到最低点时，悬线刚好被烧断，以保证小球做平抛运动．由＝，－＝，得：由－图象可知：＝－，当＝时，代入上式得当＝时，＝，即当＝时，＝，小球在最低点的速度＝，－＝，所解析：＝＝，以＝2()1.5m.hLgLgh，代入数值＝得：