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一、实验目的1．通过实验进一步明确平抛物体的运动是竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动的合运动。2．学会利用平抛物体的运动轨迹来计算物体的初速度和寻找抛点。第3节实验：研究平抛运动的，设法用铅笔描出小钢球经过的位置。通过多次实验，在竖直白纸上记录小钢球所经过的多个位置，连起来就得到小钢球做平抛运动的轨迹。三、实验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重垂线、铅笔、三角板、刻度尺。二、实验构想利用实验室的器材装配如图所示的装置，小钢球从斜槽上滚下，冲过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使小钢球在斜槽上同一位置滚下，小钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定四、实验步骤1．安装斜槽轨道，使其末端保持水平。2．固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向。3．以小钢球在斜槽末端时，球心在木板上的水平投影为坐标原点沿重垂线画出y轴。4．将小球从斜槽上的适当高度由静止释放，用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置。5．重复步骤4，在坐标纸上记录多个位置。6．在坐标纸上作出x轴，用平滑的曲线连接各个记录点，得到平抛运动的轨迹。五、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A3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yx2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＝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。ABCDEFx/mmy/mmv0＝xg2y/m·s－1v0的平均值六、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。七、注意事项1．实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，将其向两边各轻轻拨动一次，看其是否有明显的运动倾向)。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。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。八、其他方案1．喷水法如图所示，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，且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴。水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，将平抛运动的轨迹描在玻璃板上。2．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，只要测量相邻两照片上小球的水平位移，就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。[例1](1)在做“研究平抛运动”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有________。A．游标卡尺B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧测力计F．重垂线(2)(多选)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自由滑下B．斜槽轨道必须光滑C．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D．斜槽轨道末端可以不水平考点一实验原理与操作(3)(多选)引起实验结果偏差较大的原因可能是()A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平B．确定Oy轴时，没有用重垂线C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦D．空气阻力对小球运动有较大影响[解析](1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。(2)使小球从斜槽上同一位置滚下，才能保证每次的轨迹相同，A正确。斜槽没必要必须光滑，只要能使小球飞出的初速度相同即可，B错误。实验中记录的点越多，轨迹越精确，C正确。斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，D错误。(3)小球从斜槽末端飞出时，斜槽切线不水平，y轴方向不沿竖直方向，空气阻力对小球运动有较大影响，都会影响小球的运动轨迹或计数点的坐标值，从而引起较大的实验误差，而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会影响实验结果偏差大小，故A、B、D正确。[答案](1)C、F(2)AC(3)ABD[例2]在“研究小球做平抛运动”的实验中：(1)某同学先观察了如图甲所示的演示实验，A、B两球同时落地，说明________；该同学设计了如图乙的实验：将两个斜滑道固定在同一竖直面内，最下端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止同时释放，滑道2与光滑水平板衔接，则他将观察到的现象是____________，这说明_____________。[解析](1)题图甲中A、B两球同时落地，说明B球的平抛运动在竖直方向的分运动与A球的运动相同；题图乙中球1与球2恰好在平板上相碰，说明球1在水平方向的分运动与球2的运动相同。a．照相机拍摄时每________s曝光一次；b．小球做平抛运动的初速度的大小为________m/s；c．B点的速率为________m/s。(2)该同学采用频闪照相机拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长为L＝5cm，A、B、C是摄下的三个小球位置，如果取g＝10m/s2，那么：(2)a.由Δy＝gT2，Δy＝2L＝0.1m可得T＝0.1s。b．由Δx＝v0T，Δx＝3L＝0.15m可得v0＝1.5m/s。c．由vBy＝8L2T可得vBy＝8×0.052×0.1m/s＝2m/s。故vB＝v02＋vBy2＝1.52＋22m/s＝2.5m/s。[答案](1)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动球1落到光滑水平板上并击中球2平抛运动在水平方向上是匀速直线运动(2)a.0.1b．1.5c．2.5[例3]如图所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。(1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与________无关。v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4考点二数据处理与误差分析(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝2hg＝2×0.42010s＝289.8ms发现理论值与测量值之差约为3ms。经检查，实验及测量无误，其原因是___________________。(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t′理，但二者之差在3～7ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是__________。[解析](1)由题表中数据可知，h一定时，小球的水平位移d与初速度v0成正比关系，与时间t无关。(2)该同学计算时重力加速度取的是10m/s2，一般情况下应取9.8m/s2，从而导致约3ms的偏差。(3)小球直径过大、小球飞过光电门需要时间或光电门传感器置于槽口的内侧，使测量值大于理论值。[答案](1)正比飞行时间t(2)计算时重力加速度取值(10m/s2)大于实际值(3)见解析1．在“研究平抛物体的运动规律”的实验中，在安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是()A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小B．保证小球飞出时，初速度水平C．保证小球在空中运动的时间每次都相等D．保证小球运动的轨迹是一条抛物线解析：选B斜槽末端切线必须水平，是为了确保初速度水平，以满足平抛运动的条件，故B对。[随堂巩固落实]2．(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用如图所示的各种装置图，则以下操作合理的是()A．选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B．选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显示出平抛运动的轨迹，竖直管上端A一定要低于水面C．选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹，每次不一定从斜槽上同一位置由静止释放钢球D．除上述装置外，还可以用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像以获得平抛运动的轨迹解析：选BD小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺序，应听声音，选项A不合理；竖直管的上端A应低于水面，这是因为竖直管与空气相通，A处的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响，因此可以得到稳定的细水柱，选项B正确；只有每次从同一高度释放钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，选项C错误；获得每秒15帧的录像就等同于做平抛运动实验时描方格图的方法，同样可以探究平抛运动的规律，选项D正确。A．球心B．球的上端C．球的下端在此实验中，下列说法正确的是________。(多选)A．斜槽轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用光滑曲线把所有的点连接起来D．y轴的方向根据重锤线确定3.在“研究平抛运动”实验中，(1)图1是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的_______。(2)图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________。A．释放小球时初速度不为0B．释放小球的初始位置不同C．斜槽末端切线不水平解析：(1)由题干中确定小球平抛运动轨迹的方法及实验原理知，坐标原点应选小球的上端，所以选B。实验过程中，斜槽轨道不一定光滑，只要能够保证小球从同一位置静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，所以A错误；记录点应适当多一些，能够保证描点所得的轨迹更平滑，选项B正确；描点时与平滑曲线偏差过大的点需舍去，选项C错误；y轴必须是竖直方向，即用重锤线确定，即选项D正确。(2)由题图可知斜槽末端切线不水平，才会造成斜抛运动，选项C符合题意。答案：(1)BBD(2)C4．做杂技表演的汽车从高台水平飞出，在空中运动后着地，一架照相机通过多次曝光，拍摄到汽车在着地前后一段时间内的运动照片如图所示(虚线为正方形格子)。已知汽车长度为3.6m，相邻两次曝光的时间间隔相等，由照片可推算出汽车离开高台时的瞬时速度大小为________m/s，高台离地面的高度为________m。(g取10m/s2)解析：由照片知在前两次曝光的时间间隔内，竖直位移之差Δy＝l＝3.6m，又Δy＝gT2，所以曝光时间T＝Δyg＝3.610s＝0.6s。曝光时间内的水平位移2l＝7.2m，所以v0＝2lT＝7.20.6m/s＝12m/s。第二次曝光时车的竖直速度vy＝3l2T＝3×3.62×0.6m/s＝9m/s，此时，车下落的时间t1＝vyg＝910s＝0.9s，从开始到落地的总时间t2＝t1＋T＝1.5s，故高台离地面的高度h＝12gt22＝12×10×1.52m＝11.25m。答案：1211.255．某同学在做平抛运动实验时