1、3.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.利用追踪法描点并绘出小球运动的轨迹。 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 。,【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
2、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。
3、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)图象法: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
4、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。,【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产生误差。 (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产生误差。,(3)小球每次自由滚下时的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,出现误差。 (5)量取轨迹上各点的坐标时
5、,出现误差。,【注意事项】 (1)斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若能使小球在平直轨道上的任意位置静止,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。 小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。 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,而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较远的一些点来计算初速度。,类型一 实验原理及操作 【典例】(2018太原高一
6、检测)(1)在用如图装置做“研究平抛物体的运动”的实验时,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.重垂线 B.秒表 C.坐标纸 D.弹簧秤,(2)实验简要步骤如下: A.让小球多次从斜槽上不同位置由静止滚下,用铅笔试碰的方法记下小球运动中的系列位置 B.安装好器材,记下斜槽末端O点和过O点的竖直线 C.测出轨迹上某点的坐标(x、y),算出小球的平抛初速度v0,D.取下白纸、以O为原点,竖直为y轴,水平为x轴,建立坐标系,用直线将数据点连接起来得到小球运动的轨迹 E.在轨迹上选取多个点,重复步骤C,求v0的平均值作为该平抛运动的初速度 上述实验步骤存在明显错误的两个是
7、_(填序号),分别改正为:_ _ _ _。,改正错误后,实验的合理操作顺序是_(只填序列号) 实验步骤中能明显减小误差的一项是_(填序号),【解析】(1)做“研究平抛物体的运动”的实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的是重垂线与坐标纸,时间通过打点计时器确定,不需要秒表,本实验与弹簧秤无关,故选A、C。,(2)让小球多次从斜槽上同一位置由静止滚下,用铅笔试碰的方法记下小球运动中的系列位置,故A项错误;取下白纸、以O为原点,竖直为y轴,水平为x轴,建立坐标系,用平滑曲线将数据点连接起来得到小球运动的轨迹,故D项错误;,实验时先组装器材,操作步骤为B,然后进行实验,步骤为
8、A,最后数据处理,步骤为DCE,所以操作的顺序为BADCE。 实验步骤中能明显减小误差的一项是E,实验数据取平均值,从而减小误差。,答案:(1)A、C (2)A、D A:让小球多次从斜槽上同一位置由静止滚下,用铅笔试碰的方法记下小球运动中的系列位置; D:取下白纸、以O为原点,竖直为y轴,水平为x轴,建立坐标系,用平滑曲线将数据点连接起来得到小球运动的轨迹; BADCE E,类型二 实验数据处理与误差分析 【典例】(2018张家界高一检测)(1)一学生在“研究平抛物体运动”的实验中描出了如图甲所示的几个实验点,其中偏差较大的实验点B,产生的原因可能是 ( ),A.小球滚下的高度较其他各次高 B
9、.小球滚下的高度较其他各次低 C.小球在运动中遇到其他各次没有遇到的阻碍 D.小球开始滚下时,实验者已给它一个初速度,(2)某学生通过实验对平抛运动进行研究,他在竖直墙上记录了抛物线轨迹的一部分,如图乙所示。O点不是抛出点,x轴沿水平方向,由图中所给的数据可求出平抛物体的初速度是_m/s,抛出点的坐标x=_ _m,y=_m(g取10 m/s2)(结果保留2位有效数字)。,【解析】(1)由图甲可知,B点相对于标准位置偏低,可知初速度偏小,即滚下的高度较其他各次低,或小球在运动中遇到其他各次没有遇到的阻碍,故选B、C。,(2)在竖直方向上,根据y=gT2得,相等的时间间隔 T= s=0.1 s,则初速度v0= m/s =4.0 m/s,B点的竖直分速度vyB= m/s=4.0 m/s, 则抛出点到B点的时间tB= s=0.4 s,抛出点到B,点的水平位移xB=v0tB=40.4 m=1.6 m,竖直位移yB= g = 100.16 m=0.80 m,则抛出点的横坐标 x=(0.80-1.6) m=-0.80 m,纵坐标y=(0.60-0.80)m= -0.20 m。 答案:(1)B、C (2)4.0 -0.80 -0.20,
