一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.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。二、實(shí)驗(yàn)器材斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺。
三、實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)的基本思想:用_______(或噴水法或___________)得到物體平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。2.實(shí)驗(yàn)原理:使小球做平拋運(yùn)動(dòng),利用_______描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,建立坐標(biāo)系,測(cè)出軌跡曲線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y,由公式:x=___和y=____,可得v0= 。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):(1)判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線。(2)求平拋初速度。
【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】一、實(shí)驗(yàn)步驟(以斜面小槽法為例)(1)按實(shí)驗(yàn)原理圖甲所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置,使斜槽末端水平。調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲,使背板處于豎直平面內(nèi),卡好傾斜擋板N。將一張白紙襯墊一張復(fù)寫(xiě)紙,緊貼在背板上。
(2)以水平斜槽末端端口上鋼球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O,過(guò)O點(diǎn)畫(huà)出豎直的y軸和水平的x軸(3)使鋼球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。鋼球落在傾斜的擋板上,就會(huì)擠壓復(fù)寫(xiě)紙,在白紙上留下印痕。(4)上下調(diào)節(jié)擋板N,通過(guò)多次實(shí)驗(yàn),在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過(guò)的多個(gè)位置。(5)將白紙從木板上取下,從O點(diǎn)開(kāi)始連接畫(huà)出的若干點(diǎn)描出一條平滑的曲線,如圖乙所示。
二、數(shù)據(jù)收集與分析1.在x軸上作出等距離的幾個(gè)點(diǎn)B1、B2、B3……向下作垂線,垂線與拋體軌跡的交點(diǎn)記為M1、M2、M3……,再過(guò)M1、M2、M3……作y軸的垂線分別交于A1、A2、A3……用刻度尺測(cè)量各點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)(1)代數(shù)計(jì)算法:將某點(diǎn)(如M3點(diǎn))的坐標(biāo)(x,y)代入y=ax2求出常數(shù)a,再將其他點(diǎn)的坐標(biāo)代入此關(guān)系式看看等式是否成立,若等式對(duì)各點(diǎn)的坐標(biāo)都近似成立,則說(shuō)明所描繪得出的曲線為拋物線。(2)圖像法:建立y-x2坐標(biāo)系,根據(jù)所測(cè)量的各個(gè)點(diǎn)的x坐標(biāo)值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的x2值,在坐標(biāo)系中描點(diǎn),連接各點(diǎn)看是否在一條直線上,若大致在一條直線上,則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線。
2.計(jì)算初速度:在小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取分布均勻的六個(gè)點(diǎn)——A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板測(cè)出它們的坐標(biāo)(x,y),并記錄在表格中。
已知g值,利用公式y(tǒng)= gt2和x=v0t,求出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0,最后算出v0的平均值。
【誤差分析】1.實(shí)驗(yàn)原理不完善造成系統(tǒng)誤差:(1)安裝斜槽時(shí),其末端切線不水平,導(dǎo)致小球離開(kāi)斜槽后不做平拋運(yùn)動(dòng)。(2)小球每次自由滾下時(shí)起始位置不完全相同,導(dǎo)致軌跡出現(xiàn)誤差。2.測(cè)量、操作不夠準(zhǔn)確造成偶然誤差:(1)建立坐標(biāo)系時(shí),坐標(biāo)原點(diǎn)的位置確定不準(zhǔn)確,導(dǎo)致軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)不準(zhǔn)確。(2)確定小球運(yùn)動(dòng)的位置時(shí)不準(zhǔn)確,會(huì)導(dǎo)致誤差。(3)量取軌跡上各點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)不準(zhǔn)確,會(huì)導(dǎo)致誤差。
【實(shí)驗(yàn)探究】1.安裝實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)為什么要調(diào)整斜槽末端水平?如何判斷斜槽末端是否水平?提示:調(diào)整斜槽末端水平的目的是保證小球離開(kāi)斜槽后做平拋運(yùn)動(dòng);將小球放在斜槽末端水平部分,將其向兩邊各輕輕撥動(dòng)一次,若沒(méi)有明顯的運(yùn)動(dòng)傾向,斜槽末端的切線就水平了。2.實(shí)驗(yàn)中為什么要使小球從斜槽上同一位置無(wú)初速度釋放?提示:使小球從斜槽上同一位置無(wú)初速度釋放的目的是使小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的初速度相同,以保證小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡相同。
類型1 實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)操作【典例1】(1)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí),除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外,下列器材中還需要的有　　　　。?A.游標(biāo)卡尺　　　　B.秒表　　　　　　C.坐標(biāo)紙D.天平E.彈簧測(cè)力計(jì)F.重垂線
(2)(多選)實(shí)驗(yàn)中,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滾下B.斜槽軌道必須光滑C.要使描出的軌跡更好地反映真實(shí)運(yùn)動(dòng),記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些D.斜槽軌道末端可以不水平(3)(多選)引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大的原因可能是(　　)A.安裝斜槽時(shí),斜槽末端切線方向不水平B.確定Oy軸時(shí),沒(méi)有用重垂線 C.斜槽不是絕對(duì)光滑的,有一定摩擦D.空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)有較大影響
【解析】(1)實(shí)驗(yàn)中需要在坐標(biāo)紙上記錄小球的位置,描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,需要利用重垂線確定坐標(biāo)軸的y軸。故C、F是需要的。(2)使小球從斜槽上同一位置滾下,才能保證每次的軌跡相同,A正確。斜槽沒(méi)必要必須光滑,只要能使小球飛出的初速度相同即可,B錯(cuò)誤。實(shí)驗(yàn)中記錄的點(diǎn)越多,軌跡越精確,C正確。斜槽末端必須水平,才能保證小球離開(kāi)斜槽后做平拋運(yùn)動(dòng),D錯(cuò)誤。(3)小球從斜槽末端飛出時(shí),斜槽切線不水平,y軸方向不沿豎直方向,空氣阻力對(duì)小球運(yùn)動(dòng)有較大影響,都會(huì)影響小球的運(yùn)動(dòng)軌跡或計(jì)數(shù)點(diǎn)的坐標(biāo)值,從而引起較大的實(shí)驗(yàn)誤差,而斜槽不絕對(duì)光滑只會(huì)影響小球平拋的初速度大小,不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差大小,故A、B、D正確。答案:(1)C、F　(2)A、C　(3)A、B、D
類型 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理【典例2】圖甲是“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)原理裝置圖,經(jīng)過(guò)分析得出了平拋運(yùn)動(dòng)在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)的結(jié)論。
(1)圖乙是正確實(shí)驗(yàn)取得的數(shù)據(jù),其中O為拋出點(diǎn),則此小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為　　　　 m/s。(g取9.8 m/s2)?(2)在另一次實(shí)驗(yàn)中將白紙換成方格紙,每個(gè)格的邊長(zhǎng)L=5 cm,通過(guò)實(shí)驗(yàn),記錄了小球在運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置,如圖丙所示,則該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為　　　m/s;B點(diǎn)的豎直分速度為　　　　m/s。(g取10 m/s2)?
【解析】(1)由于O為拋出點(diǎn),根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),有x=v0t,y= gt2,由圖乙中運(yùn)動(dòng)軌跡的點(diǎn)坐標(biāo)x=32 cm=0.32 m,y=19.6 cm=0.196 m,代入解得v0=1.6 m/s。(2)在豎直方向上,根據(jù)Δy=2L=gT2得,T= =0.1 s,則小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0= =1.5 m/s;B點(diǎn)豎直分速度vyB= =2 m/s答案:(1)1.6　 (2)1.5　2
1.(多選)為了驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的小球在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng),用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用小錘打擊彈性金屬片,A球水平拋出,同時(shí)B球被松開(kāi),自由下落。關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法中正確的有(　　)A.兩球的質(zhì)量應(yīng)相等B.兩球應(yīng)同時(shí)落地C.應(yīng)改變裝置的高度,多次實(shí)驗(yàn)D.實(shí)驗(yàn)也能說(shuō)明A球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)
【解析】選B、C。平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng),因?yàn)榈雀卟⑼瑫r(shí)運(yùn)動(dòng),所以兩球同時(shí)落地,B項(xiàng)正確;為了探究平拋運(yùn)動(dòng)的小球在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng),需要改變裝置的高度,多次實(shí)驗(yàn),C項(xiàng)正確。
2.(多選)在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,小球做平拋運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)原點(diǎn)位置是(設(shè)小球半徑為r)(　　)A.斜槽口末端O點(diǎn)B.小球在槽口時(shí),球心在木板上的投影點(diǎn)C.槽口O點(diǎn)正前方r處D.小球放在槽口末端時(shí),過(guò)小球最高點(diǎn)的水平線與槽口的豎直線的交點(diǎn)正下方r處【解析】選B、D。小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn),而是球在槽口時(shí),球心在板上的水平投影點(diǎn),該投影點(diǎn)的位置要比槽口的位置高一些,確定該投影點(diǎn)的位置用選項(xiàng)B、D的說(shuō)法即可。
3.在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”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(jiǎn)要步驟如下:A.讓小球多次從　　　　　　　　　　　滾下,記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。?B.安裝好器材,注意　　　　　　　　　　,記下平拋初位置O點(diǎn)和過(guò)O點(diǎn)的豎直線。?C.取下白紙,以O(shè)為原點(diǎn),以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系,用平滑曲線畫(huà)平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。(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　　　　　　。?
【解析】(1)該實(shí)驗(yàn)中要保證每次小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡相同,這就要求小球平拋的初速度相同,而且初速度是水平的,因此在具體實(shí)驗(yàn)操作中要調(diào)整斜槽末端水平,方木板豎直且板面與斜槽末端切線平行緊靠斜槽末端放置,同時(shí)讓小球多次從同一位置無(wú)初速度地釋放。(2)實(shí)驗(yàn)操作中要先安裝儀器,然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,故實(shí)驗(yàn)順序?yàn)锽AC。答案:(1)同一位置無(wú)初速度　調(diào)整斜槽末端水平,方木板豎直且與斜槽末端切線平行緊靠斜槽末端　(2)BAC
4.(2020·天津等級(jí)考)某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1所示裝置測(cè)定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。把白紙和復(fù)寫(xiě)紙疊放一起固定在豎直木板上,在桌面上固定一個(gè)斜面,斜面的底邊ab與桌子邊緣及木板均平行。每次改變木板和桌邊之間的距離,讓鋼球從斜面頂端同一位置滾下,通過(guò)碰撞復(fù)寫(xiě)紙,在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。
(1)為了正確完成實(shí)驗(yàn),以下做法必要的是　　　。?A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平B.每次應(yīng)使鋼球從靜止開(kāi)始釋放C.使斜面的底邊ab與桌邊重合D.選擇對(duì)鋼球摩擦力盡可能小的斜面
(2)實(shí)驗(yàn)小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2 m,在白紙上記錄了鋼球的4個(gè)落點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)之間的距離依次為15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm,示意如圖2。重力加速度g=10 m/s2,鋼球平拋的初速度為　　　　m/s。?(3)圖1裝置中,木板上懸掛一條鉛垂線,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　。?
【解析】(1)選A、B。由于本實(shí)驗(yàn)要測(cè)定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度,鋼球從固定斜面滑下后,桌面應(yīng)保持水平才能保證初速度水平,故A正確;要保證每次釋放都是同一個(gè)平拋運(yùn)動(dòng),應(yīng)使鋼球從同一位置由靜止開(kāi)始釋放,保證做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的初速度相同,減小實(shí)驗(yàn)誤差,故B正確;若斜面的底邊ab與桌邊重合,則鋼球下滑后將做斜下拋運(yùn)動(dòng),故C錯(cuò)誤;鋼球下滑時(shí)對(duì)斜面是否粗糙無(wú)要求,只要確保鋼球能下滑即可,故D錯(cuò)誤。故選A、B。

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