
以一定的速度將物體拋出,在空氣阻力可以忽略的情況下,物體只受重力的作用,這時(shí)的運(yùn)動(dòng)叫作拋體運(yùn)動(dòng)。如果初速度是沿水平方向的,這樣的拋體運(yùn)動(dòng)就叫作平拋運(yùn)動(dòng)。
一 、實(shí)驗(yàn)思路平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是曲線,比直線運(yùn)動(dòng)復(fù)雜。我們可以按照把復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)相對簡單的直線運(yùn)動(dòng)的思路,分別研究物體在豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。大家可能會(huì)想到,平拋運(yùn)動(dòng)可以看作是在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)和水平方向的分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。如果這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)研究清楚了,平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律自然就清楚了。
二 、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為了研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),我們應(yīng)該想辦法把運(yùn)動(dòng)物體的位置隨時(shí)間變化的信息記錄下來。比如,用頻閃照相的方法,記錄物體在不同時(shí)刻的位置。當(dāng)然也可以用別的方法記錄信息,開展研究。
步驟 1:探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)在如圖 5.3-2 所示的實(shí)驗(yàn)中,用小錘擊打彈性金屬片后,A 球沿水平方向拋出,做平拋運(yùn)動(dòng),同時(shí) B 球被釋放,自由下落,做自由落體運(yùn)動(dòng)。A、B 兩球同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)。觀察兩球的運(yùn)動(dòng)軌跡,比較它們落地時(shí)間的先后。分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度,多次重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn),記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有什么變化。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)看,平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)?
步驟 2:探究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)如果我們能夠得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,利用前面探究得出的平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),就可以分析得出平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。在圖 5.3-3 所示的裝置中,斜槽 M 末端水平。鋼球在斜槽中從某一高度滾下,從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。在裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板 N,鋼球飛出后,落到擋板上。實(shí)驗(yàn)前,先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上。鋼球落到傾斜的擋板上后,就會(huì)擠壓復(fù)寫紙,在白紙上留下印跡。上下調(diào)節(jié)擋板 N,通過多次實(shí)驗(yàn),在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置。最后,用平滑曲線把這些印跡連接起來,就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
步驟 2:探究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)根據(jù)步驟 1 得出的平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向分速度隨時(shí)間變化的規(guī)律,設(shè)法確定“相等的時(shí)間間隔”。再看相等的時(shí)間內(nèi)水平分運(yùn)動(dòng)的位移,進(jìn)而確定水平分運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)描繪出平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡;(2)判斷軌跡是否是拋物線;(3)求出平拋運(yùn)動(dòng)物體的初速度。
平拋運(yùn)動(dòng)可以看成是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng):⑴水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng),其速度等于平拋物體的初速度;⑵豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng).利用有孔的卡片確定做平拋運(yùn)動(dòng)的小球運(yùn)動(dòng)時(shí)的若干不同位置,然后描出運(yùn)動(dòng)軌跡,測出曲線上任一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y,利用
就可以求出平拋物體的初速度 ?。?br/>1、如何獲得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡?
用頻閃照相機(jī)得到物體運(yùn)動(dòng)的軌跡
實(shí)驗(yàn)器材:斜槽,金屬小球,木板(附豎直固定支架),坐標(biāo)紙,圖釘,刻度尺,重錘線,鉛筆。
1、安裝調(diào)整斜槽:用圖釘把白紙釘在豎直板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端的切線保持水平。
2、調(diào)整木板:用懸掛在槽口的重錘線把木板調(diào)整到豎直方向、并使木板平面與小球下落的豎直面平行且靠近,固定好木板。
3、確定坐標(biāo)原點(diǎn)O:把小球放在槽口處,用鉛筆記下球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)O,O即為坐標(biāo)原點(diǎn)。
4.描繪運(yùn)動(dòng)軌跡:在木板的平面上用手按住卡片,使卡片上有孔的一面保持水平,調(diào)整卡片的位置,使從槽上滾下的小球正好穿過卡片的孔,而不擦碰孔的邊緣。
用鉛筆在卡片缺口處的白紙上點(diǎn)個(gè)黑點(diǎn),這就在白紙上記下了小球穿過孔時(shí)球心所對應(yīng)的位置。
保證小球每次從斜槽上的同一位置由靜止開始滑下,用同樣的方法,可找出小球平拋軌跡上的一系列位置。
5、計(jì)算初速度:取下白紙,以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸,用平滑的曲線把這些位置連接起來即得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
用公式x=v0t和y=gt2/2計(jì)算出小球的初速度v0,最后計(jì)算出v0的平均值。
在曲線上選取A、B、C、D、E、F六個(gè)不同的點(diǎn),用刻度尺和三角板測出它們的坐標(biāo)x和y。
(1)保證斜槽末端的切線必須水平。(2)木板平面豎直且平行于小球平拋的軌道平面,并使小球的運(yùn)動(dòng)靠近木板但不接觸。 (3)坐標(biāo)原點(diǎn)不在斜槽口的末端,應(yīng)在槽口上方小球球心處
(4)小球應(yīng)在同一位置無初速自由釋放;釋放的高度要適當(dāng),使小球以合適的水平初速度拋出,其軌跡在坐標(biāo)紙的左上角到右下角間分布,從而減小測量誤差;(5)實(shí)驗(yàn)過程中木板不能動(dòng)(6)要在平拋軌道上選取距O點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)來計(jì)算球的初速度,這樣可使結(jié)果的誤差較小。
1、如何判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線?
假設(shè)軌跡是一條拋物線,則軌跡上各點(diǎn)應(yīng)滿足y=ax2 。測出軌跡上某點(diǎn)的坐標(biāo)(x、y),帶入y=ax2中求出a,就可知道代表這個(gè)軌跡的可能關(guān)系式;再測幾個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)代入驗(yàn)證。
【拓展學(xué)習(xí)】用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡用傳感器和計(jì)算機(jī)可以方便地描出做平拋運(yùn)動(dòng)的物體的軌跡。一種設(shè)計(jì)原理如圖 5.3-4 所示。物體 A 在做平拋運(yùn)動(dòng),它能夠在豎直平面內(nèi)向各個(gè)方向同時(shí)發(fā)射超聲波脈沖和紅外線脈沖。在它運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)安放著超聲—紅外接收裝置 B。B 盒裝有 B1、B2 兩個(gè)超聲—紅外接收器,并與計(jì)算機(jī)相連。B1、B2 各自測出收到超聲脈沖和紅外脈沖的時(shí)間差,并由此算出它們各自與物體 A的距離。 從圖 5.3-4 可以看出,在這兩個(gè)距離確定之后,由于 B1、B2 兩處的距離是已知的,所以物體 A 的位置也就確定了。計(jì)算機(jī)可以即時(shí)給出 A 的坐標(biāo)。圖 5.3-5 是按這樣的原理制作的一種實(shí)驗(yàn)裝置(超聲—紅外接收裝置 B 的安裝位置與原理圖5.3-4 不同)。圖 5.3-6 是某次實(shí)驗(yàn)中計(jì)算機(jī)描出的平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。除此之外,計(jì)算機(jī)還能直接給出平拋運(yùn)動(dòng)的初速度等其他物理量。
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