13平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)

1、3實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)的方法描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.2.會(huì)判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線.3.會(huì)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度.4.掌握描跡法、頻閃照相法等探究實(shí)驗(yàn)的常用方法一、描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡1實(shí)驗(yàn)原理用描跡法(或噴水法或頻閃照相法)得到物體平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡2實(shí)驗(yàn)器材斜槽、小球、方木板、圖釘、刻度尺、鉛垂線、鉛筆、白紙、鐵架臺(tái)3實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖1甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端點(diǎn)恰好靜止)圖1(2)以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O，過O點(diǎn)畫出豎直的y軸和水平的x軸(3)使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上，如果

2、小球運(yùn)動(dòng)中碰到筆尖，就用鉛筆在該位置畫上一點(diǎn)用同樣方法，在小球運(yùn)動(dòng)路線上描下若干點(diǎn)(4)將白紙從木板上取下，從O點(diǎn)開始通過畫出的若干點(diǎn)描出一條平滑的曲線，如圖乙所示4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(將小球放在斜槽末端水平部分，若小球靜止，則斜槽末端水平)(2)方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時(shí)要用鉛垂線檢查坐標(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釋放(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，以使小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由白紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜二、判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線方法一公式法1原理：若平

3、拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線，則當(dāng)以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系后，軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)具有yax2的關(guān)系，而且同一軌跡a是一個(gè)特定的值2驗(yàn)證方法用刻度尺測量幾個(gè)點(diǎn)的x、y兩個(gè)坐標(biāo)，分別代入yax2中求出常量a，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)方法二圖象法建立yx2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個(gè)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yx2坐標(biāo)系中描點(diǎn)，連接各點(diǎn)看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值三、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度可以分為兩種情況1平拋軌跡完整(即含有拋出點(diǎn))在軌跡上任取一點(diǎn)，測出該點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0.因xv

4、0t，ygt2，故v0x .2平拋軌跡殘缺(即無拋出點(diǎn))在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C(如圖2所示)，圖2使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知A、B間與B、C間所用時(shí)間相等，設(shè)為t，則hhBChABgt2所以t 所以初速度v0x .例1如圖3所示，在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下：圖3A讓小球多次從 釋放，在一張印有小方格的紙上記下小球經(jīng)過的一系列位置，如圖中a、b、c、d所示B按圖安裝好器材，注意 ，記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的水平線與豎直線C取下方格紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以水平線為x軸，豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的

5、軌跡(1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上(2)上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是 (3)已知圖中小方格的邊長L1.25 cm，則小球平拋的初速度為v0 (用L、g表示)，其值是 (取g9.8 m/s2)(4)b點(diǎn)的速度vb .(用L、g表示)解析(1)這種方法，需讓小球重復(fù)同一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng)多次，才能記錄出小球的一系列位置，故必須讓小球每次由同一位置靜止釋放斜槽末端切線水平，小球才會(huì)做平拋運(yùn)動(dòng)(3)由xaT2得兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔T，所以小球的初速度v02，代入數(shù)據(jù)得v00.7 m/s.(4)vby，由vb得vb 答案(1)同一位置靜止斜槽末端切線水平(2)BAC(3)20.7 m/s(4)例2在做“研

6、究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球不同時(shí)刻在空中所通過的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用了如圖4所示的裝置先將斜槽軌道的末端調(diào)整至水平，在一塊平整的木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙將該木板豎直立于水平地面上，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠(yuǎn)離槽口方向平移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；又將木板再向遠(yuǎn)離槽口方向平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，再得到痕跡C，若測得木板每次移動(dòng)距離x10.00 cm，A、B間距離y15.02 cm，B、C間距離y214.82 cm.請回答下列問題：(g取9.8 m/s2)圖4(1)為什么每

7、次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放？(2)根據(jù)以上直接測量的物理量求得小球初速度的表達(dá)式為v0 (用題中所給字母表示)(3)小球初速度的測量值為 m/s.解析(1)為了保證小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同(2)由題意知，A到B、B到C的時(shí)間相等，設(shè)為T，由ygT2得T 又xv0T，所以v0x.(3)代入數(shù)據(jù)得v01.00 m/s答案(1)見解析(2)x(3)1.00例3(1)平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)；豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)如圖5所示為研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，現(xiàn)把兩個(gè)小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上，然后切斷電磁鐵C的電源，使一個(gè)小鐵球從軌道A射出，并在射出時(shí)碰到

8、碰撞開關(guān)S，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球，兩鐵球同時(shí)落到地面這個(gè)實(shí)驗(yàn)()圖5A只能說明上述規(guī)律中的第條B只能說明上述規(guī)律中的第條C不能說明上述規(guī)律中的任何一條D能同時(shí)說明上述兩條規(guī)律(2)做雜技表演的汽車從高臺(tái)水平飛出，在空中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后著地一架相機(jī)通過多次曝光，拍攝得到汽車在著地前后一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)照片，如圖6所示(虛線為正方形格子)圖6已知汽車長度為3.6 m，相鄰兩次曝光的時(shí)間間隔相等，第三個(gè)像是剛好著地的時(shí)刻，由照片可以推算出汽車離開高臺(tái)時(shí)的瞬時(shí)速度大小為 m/s，高臺(tái)離地面的高度為 m(取g10 m/s2)解析(1)由于左端小鐵球平拋的同時(shí)，右端小鐵球開始做自由落體運(yùn)動(dòng)，且兩球

9、同時(shí)落地，說明平拋的小鐵球在豎直方向上和右端小鐵球做同樣的運(yùn)動(dòng)，也做自由落體運(yùn)動(dòng)，但無法說明平拋小鐵球在水平方向的運(yùn)動(dòng)，故只有B正確(2)汽車在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，由hgT2可得，兩次曝光的時(shí)間間隔為T s0.6 s水平初速度v0 m/s12 m/s. 前三個(gè)像中，中間位置車的豎直速度為vy m/s9 m/s汽車從開始運(yùn)動(dòng)到中間位置的豎直位移為h1 m4.05 m從拋出點(diǎn)到地面的高度為h2h12l(4.0523.6) m11.25 m.答案(1)B(2)1211.251在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，坐標(biāo)紙應(yīng)當(dāng)固定在豎直的木板上，下列圖中所示坐標(biāo)紙的固定情況與斜槽末端的關(guān)系正確的是()答案C

10、2兩個(gè)同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)：圖7(1)甲同學(xué)采用如圖7甲所示的裝置用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說明 .(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置兩個(gè)相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使ACBD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時(shí)以相同的初速度v0分別從軌道M

11、、N的末端射出實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是 僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明 .答案(1)平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)(2)P球擊中Q球平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)解析(1)通過對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說明兩球具有等時(shí)性，由此說明平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)(2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運(yùn)動(dòng)情況相同，說明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)3甲同學(xué)在做“測量平拋運(yùn)動(dòng)的初速度”的課題研究時(shí)，得到如圖8所示一小球做平拋運(yùn)動(dòng)的閃光照片的一部分，圖中每個(gè)方格邊長為5 cm，g取10 m/s2，則閃光頻率是 Hz，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0 m/s

12、.圖8答案102解析因?yàn)閤ABxBC，所以tABtBC，在豎直方向上，由ygT2得70.0550.0510T2，解得T0.1 s，故閃光頻率為10 Hz.水平速度v0 m/s2 m/s.一、選擇題(15全為單項(xiàng)選擇題)1利用如圖1所示的裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，讓小球多次沿同一軌跡運(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，下面說法不正確的是()圖1A通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平B每次釋放小球的位置必須不同C每次必須在斜槽上的同一位置由靜止釋放小球D小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙(或坐標(biāo)紙)相接觸答案B解析要使小球做平拋運(yùn)動(dòng)，斜槽軌道末端必須水平，A正確要使小球每次拋出的初

13、速度相等，釋放小球時(shí)必須在斜槽上同一位置由靜止釋放，B不正確，C正確小球離開軌道后，僅受重力作用，不能有摩擦，D正確2在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了求平拋物體的初速度，需直接測的數(shù)據(jù)有()小球開始滾下的高度小球在空中飛行的時(shí)間運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的豎直坐標(biāo)A B C D答案C解析由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，豎直方向ygt2，水平方向xv0t，因此v0x，可見只要測得軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，就可求出初速度v0，故C項(xiàng)正確3某實(shí)驗(yàn)測平拋運(yùn)動(dòng)的初速度時(shí)產(chǎn)生誤差，與誤差無關(guān)的是()A弧形槽與球間有摩擦B弧形槽末端切線不水平C小球受空氣阻力D小球每次自由滾下的位置不同答案A解析

14、要保證每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，小球平拋的初速度的大小和方向相同，需使小球每次從同一位置由靜止釋放，弧形槽末端應(yīng)水平；弧形槽與小球間的摩擦不影響小球每次平拋的初速度的一致性；小球受的空氣阻力使它不具備做平拋運(yùn)動(dòng)的條件4.如圖2所示，在粗糙水平桌面上用練習(xí)本做成一個(gè)斜面，使小鋼球從斜面上某一位置滾下，鋼球沿桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)用刻度尺測出下列哪一組數(shù)據(jù)可以求出鋼球離開水平桌面時(shí)的速度()圖2A鋼球在練習(xí)本上滾下的距離、鋼球釋放點(diǎn)離桌面的高度B水平桌面的高度、鋼球落地點(diǎn)與桌邊的水平距離C鋼球釋放點(diǎn)離桌面的高度、鋼球在水平桌面上運(yùn)動(dòng)的距離D鋼球釋放點(diǎn)離桌面的高度、鋼球落地點(diǎn)與桌邊的水平距離答案B解析鋼球沿桌面飛出

15、后做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律得ygt2，xv0t，聯(lián)立解得v0x，故要求出鋼球離開水平桌面時(shí)的速度，需測量水平桌面的高度y、鋼球落地點(diǎn)與桌邊的水平距離x，B項(xiàng)正確5.某物理實(shí)驗(yàn)小組利用如圖3所示裝置測量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度在地面上沿拋出的速度方向水平放置一把刻度尺，讓懸掛在拋出點(diǎn)處的重錘的投影落在刻度尺的零刻度線上，則利用小球在刻度尺上的落點(diǎn)位置，就可以直觀地得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度下列各圖表示四位同學(xué)在刻度尺旁邊分別制作出的速度標(biāo)尺(圖中P點(diǎn)為重錘的投影位置)，其中可能正確的是()圖3答案A解析設(shè)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的豎直高度為h，由hgt2，得t；在水平方向上有xv0t，即平拋運(yùn)動(dòng)的水平位

16、移xv0，可見x與v0成正比，在速度標(biāo)尺上的速度值應(yīng)該是均勻分布的，選項(xiàng)A正確二、非選擇題6.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4 所示)、鐵架臺(tái)(帶有夾具)、米尺圖4 (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 答案見解析解析(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)

17、在彈射器高度不變的情況下多次實(shí)驗(yàn)，取x1、x2xn的平均值作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(5)v彈丸.7某同學(xué)采用如圖5甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)圖5(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)下列哪些操作是必須的 (填序號(hào))將斜槽軌道的末端調(diào)成水平用天平稱出小球的質(zhì)量每次都要讓小球從同一位置由靜止開始運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)此同學(xué)忘記在白紙上記錄小球拋出點(diǎn)的位置，于是他根據(jù)實(shí)驗(yàn)中記錄的點(diǎn)跡描出運(yùn)動(dòng)軌跡曲線后，在該段曲線上任取水平距離均為x20.00 cm的三點(diǎn)A、B、C，如圖乙所示，其中相鄰兩點(diǎn)間的豎直距離分別為y110.00 cm，y220.00 cm.小球運(yùn)動(dòng)過程中所受空氣阻力忽略不計(jì)請你根據(jù)以上數(shù)據(jù)幫助他計(jì)算出小球的初速度v0 m/s.(g取10 m/s2)答案(1)(2)2.00解析(1)為了保證小球離開斜槽時(shí)的速度沿水平方向，斜槽的末端要調(diào)整成水平，對(duì)該實(shí)驗(yàn)不用測小球的質(zhì)量，錯(cuò)為了保證小球每次離開斜槽時(shí)的速度都相同，每次都要讓小球從斜槽上同一位置由靜止開始運(yùn)動(dòng)，對(duì)(2)由于xABxBCx20.00 cm，所以小球從A運(yùn)動(dòng)到B與從B運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間相同，設(shè)此時(shí)間為t.據(jù)y2y1gt2得t s0.1 s故初速度v0 m/s2.00 m/s.8小球A由斜槽滾下，從桌邊水平拋出，當(dāng)它恰好離開桌邊緣時(shí)小球B從同樣高度處自由下落，頻閃照相儀拍到了B球下落過程的四個(gè)位置和A球的第1、2、4個(gè)