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第2课时实验:研究平抛运动【实验目的】1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。2.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。3.根据平抛运动的轨迹求其初速度。【实验原理】1.利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。2.建立坐标系,如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y=ax2的形式(a是一个常量),则轨迹是一条抛物线。3.测出轨迹上某点的坐标x、y,根据x=v0t,y=gt2得初速度v0=x。12g2y【实验器材】斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺【实验过程】一、实验步骤1.安装调整:(1)将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上,其末端伸出桌面外,轨道末端切线水平。(2)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。如图所示。2.建坐标系:把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O,O点即为坐标原点,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.确定小球位置:(1)将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一x值处的y值。(2)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,并在坐标纸上记下该点。(3)用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。4.描点得轨迹: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,即得到小球平抛运动轨迹。二、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线:在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…用刻度尺测量各点的坐标(x,y)。(1)代数计算法:将某点(如M3点)的坐标(x,y)代入y=ax2求出常数a,再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立,若等式对各点的坐标都近似成立,则说明所描绘得出的曲线为抛物线。(2)图像法:建立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值,在坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,若大致在一条直线上,则说明平抛运动的轨迹是抛物线。2.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=gt2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。12【误差分析】1.安装斜槽时,其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动。2.建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确。3.小球每次自由滚下时起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。4.确定小球运动的位置时不准确,会导致误差。5.量取轨迹上各点坐标时不准确,会导致误差。【注意事项】1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端的切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向,斜槽末端的切线就水平了。2.方木板固定: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.小球释放:(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。(2)小球开始滚下的位置高度要适中,以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。4.坐标原点: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.初速度的计算: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。类型一实验器材及操作【典例1】(1)在做“研究平抛物体的运动”实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的是________。A.停表B.坐标纸C.天平D.弹簧秤E.重垂线(2)实验中,下列说法正确的是________。A.应使小球每次从斜槽上相同的位置无初速度滚下B.斜槽轨道必须光滑C.斜槽轨道末端可以不水平D.为使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适当多一些E.为了比较准确地找出小球运动的轨迹,应该用一条曲线把所有的点都连接起来【解析】(1)在做“研究平抛物体的运动”实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,还需要重垂线,用来确保小球抛出是在竖直平面内运动;还需要坐标纸,便于确定小球间的距离。故B、E正确。(2)为了能画出平抛运动轨迹,首先保证小球做的是平抛运动,所以斜槽轨道不一定要光滑,但必须是水平的。同时要让小球总是从同一位置释放,这样才能找到同一运动轨迹上的几个点,不需要把所有的点都连接起来,而是让更多的点分布在曲线两边。要使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适当多一些。故A、D正确,B、C、E错误;故选A、D。答案:(1)B、E(2)A、D类型二实验数据的处理【典例2】(1)如图所示是研究平抛物体运动的演示实验装置,实验时,先用弹簧片C将B球紧压在DE间并与A球保持在同一水平面上,用小锤F击打弹簧片C,A球被水平抛出,同时B球自由下落。实验几次,无论打击力大或小,仪器距离地面高或低,我们听到A、B两球总是同时落地,这个实验()A.说明平抛物体的运动水平方向是匀速运动B.说明平抛物体的运动的两个分运动具有同时性C.说明平抛物体的运动是自由落体和匀速直线运动的合运动D.说明平抛物体的运动在竖直方向上是自由落体运动,水平方向速度大小不影响竖直方向上的运动(2)某学生在做“研究平抛物体运动”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,如图所示,求出物体做平抛运动的初速度大小为________。(g取10m/s2)(3)为了探究影响平抛运动水平射程的因素,某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6次实验,实验数据记录如表:序号抛出点的高度(m)水平初速度(m/s)水平射程(m)10.2020.4020.2030.6030.4520.6040.4541.250.8020.860.8062.4以下探究方案符合控制变量法的是________。A.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为1、3、5的实验数据B.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为2、4、6的实验数据C.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为1、3、5的实验数据D.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为2、4、6的实验数据【解析】(1)由于两球同时运动,A球做平抛运动,B球做自由落体运动,由于两球同时落地,因此说明A、B在竖直方向运动规律是相同的,所以D正确,A、B、C错误。(2)小球水平方向做匀速直线运动,由图知xAB=xBC,AB、BC两段时间相同,在竖直方向,根据Δy=gt2,可求t=0.1s,再根据x=vt,可求水平方向速度为v==2m/s。(3)若探究水平射程和高度的关系,应保持初速度不变;若探究水平射程和初速度的关系,应保持高度不变,所以A正确,B、C、D错误。答案:(1)D(2)2m/s(3)Axt