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第3节　
科学探究:平抛运动的特点　　　　　　
实验目的
1.描绘物体平抛运动的轨迹并分析其特点。
2.根据平抛运动轨迹求平抛运动初速度。
实验器材
斜槽、小球、木板、铅垂线、坐标纸、图钉、
___________、铅笔(或卡孔)等。
　刻度尺　
实验原理与设计
1.用_______作平抛运动的轨迹:
(1)如图所示,小球从斜槽上滚下,通过水平槽飞出后做
_________。
(2)使小球每次都从斜槽上_________由静止释放,小球
在空中做平抛运动的轨迹相同。
(3)设法用铅笔描出小球经过的位置。
描点法
平抛运动
同一位置
(4)通过多次实验,在坐标轴上记录小球经过的多个位置,用平滑的曲线将各点连起来,从而得到小球做平抛运动的轨迹。
2.平抛运动初速度的求解:
用刻度尺测量平抛运动的水平位移x和竖直位移y,根据
公式x=v0t和y= gt2得初速度v0= 。
【实验过程】
一、实验步骤
1.用图钉把坐标纸钉在竖直木板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端保持水平。
2.用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向,并使木板平面与小球平抛的竖直面平行且靠近,固定好木板。
3.把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点 O,再利用重垂线在纸上画出通过O点的竖直线。
4.将小球从斜槽上合适的位置由静止释放,使小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角。
5.把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球运动中碰到笔尖,用铅笔在坐标纸该位置画上一点。用同样的方法,从同一位置释放小球,在小球运动路线上描下若干点。
二、数据收集与分析
1.根据实验记录,在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹。
2.在平抛运动的轨迹上选取几个水平间距相等的测量点,测出并计算相应的物理量填入表中。
测量点 A B C D E F
水平位移x
竖直位移y
水平速度v0
3.将各点的 y 坐标和 x 坐标代入y=ax2 分别求出a,如
果求出的a值相等,则平抛运动的轨迹是抛物线。
4.将各点坐标值代入v0= 中,求出小球做平抛运动
的初速度 v0,最后算出初速度 v0 的平均值,并做好记
录。
【误差分析】
1.实验原理不完善造成系统误差。
2.测量、操作不够准确造成偶然误差:
(1)安装斜槽时,其末端切线不水平,造成小球并非做平抛运动,测量的数据不准确。
(2)建立直角坐标系时,误以斜槽末端端口位置为坐标原点(实应以末端端口上的小球球心位置为坐标原点)。
(3)小球每次从槽上开始滚下的位置不相同,使得平抛的初速度也不相同。
【实验探究】
1.实验过程中,应注意哪些方面的安全操作问题 (科学态度与责任)
提示:不随意扔小球并注意小球落地过程,避免小球伤人或损坏实验室物品。
2.本实验中,为了减小误差,实验过程应注意什么问题 (科学思维)
提示:(1)斜槽末端点的切线必须保持水平。
(2)木板必须处在竖直平面内,与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,使小球的运动靠近图纸但不接触。
(3)确保小球每次都从同一位置由静止开始滚下,以保证重复实验时,小球做平抛运动的初速度相等。
(4)由平抛运动方程求小球平抛的初速度时,应选取在平抛运动轨迹上离坐标原点 O 较远的点的坐标数据来进行计算,这样既便于测量又减小了误差。
3.本实验可以做何改进 (科学思维)
提示:(1)在描绘平抛运动的轨迹时,可以借助频闪照相机,记录小球做平抛运动的情况;还可以直接用水平喷出的细水柱显示平抛运动的轨迹。
(2)计算小球的初速度v0时,竖直方向可以通过公式
Δy=gT2计算时间间隔,再通过T时间内水平位移x=v0T计算初速度v0。
类型一 实验操作
【典例1】小张同学采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验。
(1)请将下列主要实验步骤补充完整:
A.使小球从______　位置开始释放,记下小球运动过程中经过的一系列位置。
B.安装器材,使斜槽末端切线______　,记下平抛起点O点和过O点的竖直线。
C.测出曲线上某点的坐标x、y,用公式计算出平抛的初速度。
D.取下记录纸,以平抛的起点O为原点,以过O点的竖直线为纵轴建立坐标系,用平滑曲线描绘出小球运动轨迹。
(2)上述实验步骤的合理顺序是______　。
(3)他在得到的小球运动轨迹上,选取了横坐标x=
10.00 cm,纵坐标y=4.90 cm的点,据此计算出小球下落的时间为______　s,水平的初速度为______　m/s。(g取9.80 m/s2)
【解析】(1)A.为了使小球平抛运动的初速度相等,则让小球多次从斜槽的同一位置由静止释放。B.为了保证小球初速度水平,让斜槽末端切线方向水平。
(2)实验时先安装器材,然后进行实验,最后进行数据处理,实验顺序为:BADC。
(3)根据y= gt2得:t= s=0.1 s。则小球
的初速度为:v0= m/s=1.00 m/s。
答案:(1)同一　水平　(2)BADC　(3)0.1　1.00
类型二 数据处理
【典例2】小球A由斜槽滚下,从桌边水平抛出,当它恰好离开桌边缘时小球B从同样高度处自由下落,频闪照相仪拍到了B球下落过程的四个位置和A球的第1、2、4三个位置,如图所示,已知背景的方格纸每小格的边长为2.4 cm,频闪照相仪的闪光频率为10 Hz。
(1)请在图中标出A球的第3个位置;
(2)利用这张照片可求出当地的重力加速度大小为____ m/s2;
(3)A球离开桌边时的速度大小为　　　　 m/s。
【解析】(1)平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,所以相同时刻A球与B球等高,水平方向上相等时间内的位移相等,所以2、3两个位置的水平位移和3、4两个位置的水平位移相等,如图所示。
(2)根据Δy=4L=gT2,得g= m/s2=9.6 m/s2。
(3)小球离开桌边时的速度大小v0= m/s=
0.72 m/s。
答案:(1)见解析图　(2)9.6　(3)0.72

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