實(shí)驗(yàn)(6):平拋運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)原理圖二、基本實(shí)驗(yàn)要求1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)描出平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。(2)根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡求平拋物體的初速度。2.實(shí)驗(yàn)原理平拋運(yùn)動(dòng)可以看作兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成,一個(gè)是水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng),另一個(gè)是豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。在直角坐標(biāo)系上,它們的位移方程分別表示為x=v0t和 ,令小球做平拋運(yùn)動(dòng),利用追蹤法逐點(diǎn)描出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡,則可畫出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的曲線。建立坐標(biāo)系后,對(duì)曲線上的任一點(diǎn)均可求出其橫坐標(biāo)x、縱坐標(biāo)y,用公式 可求出小球從原點(diǎn)到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,再用公式x=v0t則可求出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。3.實(shí)驗(yàn)器材坐標(biāo)紙、金屬小球、帶有斜槽軌道和方木板的豎直固定支架、白紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺。4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)將帶有斜槽軌道和方木板的豎直固定支架固定在實(shí)驗(yàn)桌上,軌道末端切線水平。(2)用圖釘將坐標(biāo)紙固定于豎直木板的左上角,把木板調(diào)整到豎直位置,使板面與小球的運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面平行且靠近,把小球放在槽口處,用鉛筆記下小球在槽口(軌道末端)時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)O,O點(diǎn)即為坐標(biāo)原點(diǎn),用重垂線畫出過坐標(biāo)原點(diǎn)的豎直線,作為y軸,畫出水平方向的x軸。(3)將小球從斜槽上某一位置由靜止滑下,小球從軌道末端射出,先用眼睛粗略確定做平拋運(yùn)動(dòng)的小球在某一x值處的y值,然后讓小球由同一位置自由滾下,在粗略確定的位置附近用鉛筆較準(zhǔn)確地描出小球通過的位置,并在坐標(biāo)紙上記下該點(diǎn)。用同樣的方法確定軌跡上其他各點(diǎn)的位置。(不同的器材方法有所不同)(4)取下坐標(biāo)紙,將坐標(biāo)紙上記下的一系列點(diǎn),用平滑曲線連起來,即得到小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。(5)從曲線上選取六個(gè)不同點(diǎn),測出它們的坐標(biāo)值。(6)根據(jù)坐標(biāo),結(jié)合公式x=v0t和 求出小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度,并計(jì)算其平均值。5.數(shù)據(jù)處理(1)判斷曲線是否是拋物線將所測量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)分別代入 ,看計(jì)算得到的a值在誤差允許的范圍內(nèi)是否是一個(gè)常數(shù)。建立y-x2坐標(biāo)系,根據(jù)所測量各點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的y值和x2值,在y-x2坐標(biāo)系中描點(diǎn),擬合各點(diǎn)看是否在一條直線上,求出該直線的斜率即為a值。(2)求平拋運(yùn)動(dòng)的初速度在平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取A、B、C、D、E、F六個(gè)點(diǎn),測出它們的x、y坐標(biāo)值。把測到的坐標(biāo)值依次代入公式 ,求出小球平拋的初速度,并計(jì)算出平均值。6.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(檢驗(yàn)是否水平的方法是將小球放在斜槽末端任一位置,看其是否能靜止)。(2)方木板必須處于豎直平面內(nèi),要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。(3)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。(4)坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn),應(yīng)是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)。(5)小球開始滾下的位置高度要適中,以使小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜。(6)在軌跡上選取離坐標(biāo)原點(diǎn)O點(diǎn)較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)來計(jì)算初速度。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理和操作典例典例5(2017浙江4月學(xué)考)在研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中,(1)圖甲是橫擋條卡住平拋小球,用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn),確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法,坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的。 A.球心B.球的上端C.球的下端在此實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是。(多選) A.斜槽軌道必須光滑B.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C.用光滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來D.y軸的方向根據(jù)重垂線確定甲考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(2)圖乙是利用圖甲裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片,由照片可判斷實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤的是。 A.釋放小球時(shí)初速度不為0B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線不水平(3)圖丙是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置,其中正確的是。 乙 丙 考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3解析: (1)題干中指出用鉛筆標(biāo)注小球的最高點(diǎn)作為小球軌跡的記錄點(diǎn),所以坐標(biāo)原點(diǎn)也應(yīng)選為球的上端,選B。斜槽軌道不必光滑,A錯(cuò);記錄的點(diǎn)適當(dāng)多一點(diǎn),以便更準(zhǔn)確地描出平拋軌跡,B對(duì);為比較準(zhǔn)確地描出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡,將這些點(diǎn)平滑連接起來,C錯(cuò);用重垂線確定y軸方向,D對(duì)。(2)由題圖可知,小球做斜拋運(yùn)動(dòng),所以斜槽末端沒有水平放置,選C。(3)A沒有水流出,C隨著液面降低,壓力減小,水柱流速不斷減小,C錯(cuò),只有B瓶內(nèi)能維持相對(duì)穩(wěn)定的氣壓,水柱流速穩(wěn)定。選B。答案: (1)BBD(2)C(3)B考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理典例典例6某物理興趣小組做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí),分成兩組,其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組讓小球做平拋運(yùn)動(dòng),用頻閃照相機(jī)對(duì)準(zhǔn)方格背景照相,拍攝到如圖所示的照片,已知每個(gè)小方格邊長10 cm,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭取10 m/s2。其中C點(diǎn)處的位置坐標(biāo)已被污跡覆蓋?？键c(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3(1)若以拍攝的第一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),水平向右和豎直向下為正方向建立直角坐標(biāo)系,被拍攝到的小球在C點(diǎn)位置的坐標(biāo)為。 (2)小球平拋的初速度大小為。 (3)另一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)正確地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并正確地描繪了運(yùn)動(dòng)軌跡,測量了軌跡上的不同點(diǎn)的坐標(biāo)值。根據(jù)所測到的數(shù)據(jù)以y為縱軸,以x2為橫軸,在坐標(biāo)紙上畫出對(duì)應(yīng)的圖象,發(fā)現(xiàn)為過原點(diǎn)的直線,并測出直線斜率為2,則平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0= m/s。 考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3解析: (1)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),水平方向的坐標(biāo)為x=3210 cm=60 cm,豎直方向的坐標(biāo)為y=(1+2+3)10 cm=60 cm,故被拍攝到的小球在C點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(60 cm,60 cm)?？键c(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)典例典例7試根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)“測量彈射器彈丸出射初速度”的實(shí)驗(yàn)方法。提供的實(shí)驗(yàn)器材有:彈射器(含彈丸,如圖所示)、鐵架臺(tái)(帶有夾具)、刻度尺。(1)畫出實(shí)驗(yàn)示意圖。(2)在安裝彈射器時(shí)應(yīng)注意:。 (3)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量(在畫出的示意圖中用字母標(biāo)出):。 (4)由于彈射器每次射出的彈丸初速度不可能完全相等,在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的方法是。 (5)計(jì)算公式為。 考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3解析: (1)如圖所示。(2)安裝時(shí)要注意彈射器應(yīng)固定,且彈射器發(fā)射方向應(yīng)保持水平。(3)實(shí)驗(yàn)中需測量彈丸射出的水平距離x和彈射器與水平地面的高度差h。(4)在彈射器高度不變的情況下多次實(shí)驗(yàn),取x1、x2、xn的平均值 作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。答案: 見解析