实验验证平抛运动.docx
- 文档编号:1974074
- 上传时间:2022-10-25
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:150.76KB
实验验证平抛运动.docx
《实验验证平抛运动.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《实验验证平抛运动.docx(10页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
实验验证平抛运动
实验:
验证平抛运动
第3节实验:
研究平抛运动
一、实验目的
(1)描出平抛物体的运动轨迹,并验证轨迹是一条抛物线。
(2)根据运动轨迹求平抛物体的初速度。
二、实验原理
平抛运动可以看做两个分运动的合成,一个是水平方向的匀速直线运动,另一个是竖直方向的自由落体运动。
在直角坐标系上,它们的位移方程分别表示为x=v0t、y=gt2,令小球做平抛运动,利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹,则可作出小球做平抛运动的曲线。
建立坐标系后,对曲线上的任一点均可求出其横坐标x、纵坐标y,用公式y=gt2可求出小球从原点到该点的运
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。
A
B
C
D
E
F
x/mm
y/mm
v0=x/(m·s-1)
v0的平均值
2.验证轨迹是抛物线
抛物线的数学表达式为y=ax2,将某点(如B点)的坐标x、y代入上式求出常数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近似都成立,则说明所描绘得出的曲线为抛物线。
六、误差分析
(1)斜槽末端没有调水平,小球离开斜槽后不做平抛运动。
(2)确定小球运动的位置时不准确。
(3)量取轨迹上各点坐标时不准确。
七、注意事项
(1)实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是:
将小球放在斜槽末端任一位置,看其是否能静止)。
(2)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)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。
(4)坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。
(5)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。
(6)在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度。
八、获得平抛运动轨迹的其他方法
1.喷水法
如图5-3-2所示,倒置的饮料瓶内装着水,瓶塞内插着两根两端开口的细管,其中一根弯成水平,加上一个很细的喷嘴。
图5-3-2
水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱,它显示了平抛运动的轨迹。
将它描在背后的纸上,进行分析处理。
2.频闪照相法
用数码照相机可记录下平抛运动的轨迹,如图5-3-3所示。
由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的,只要测量相邻两照片上小球的水平位移,就很容易判断平抛运动水平方向上的运动特点。
图5-3-3
实验原理及实验步骤
[例1] 在“探究平抛物体的运动规律”的实验中,可以描绘出小球做平抛运动的轨迹,实验简要步骤如下:
A.让小球多次从________位置上滚下,记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置。
B.安装好器材,注意________,记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。
C.取下白纸,以O为原点,以竖直线为y轴建立坐标系,用平滑曲线画出平抛运动物体的轨迹。
(1)完成上述步骤,将正确的答案填在横线上。
(2)上述实验步骤的合理顺序是________________。
[解析]
(1)A中为了保证小球每次平抛初速度相同,轨迹重合,应让小球从同一位置滚下。
B中为了保证小球做平抛运动,要注意斜槽末端切线水平。
(2)上述实验步骤的合理顺序是BAC。
[答案]
(1)A.同一 B.斜槽末端切线水平
(2)BAC
实验数据的处理
[例2] 在研究平抛运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L=1.25cm。
若小球在做平抛运动途中的几个位置如图5-3-4中a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度v0=__________(用L、g表示),其值是__________(g取9.8m/s2)。
图5-3-4
[解析] 根据题意,仔细审查图中a、b、c、d四点的相对位置,发现相邻的两点间的水平距离均为2L,则物体在相邻的两点间运动时间相等,设这个相等时间为T0,由于竖直方向是加速度为g的匀加速运动,由Δy=aT2可得L=gT,再由水平方向是匀速运动得2L=v0T0,联立上述两式解得v0=2=0.70m/s。
[答案] 2 0.70m/s
创新设计实验
[例3] 试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度的实验方法。
提供的实验器材有:
弹射器(含弹丸)、铁架台(带有夹具)、米尺。
(1)在图5-3-5中画出实验示意图。
图5-3-5
(2)在安装弹射器时应注意:
_____________________________________________。
(3)实验中需要测量的量(在示意图中用字母标出):
_____________________________
________________________________________________________________________。
(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等,在实验中应采取的方法是__________________。
(5)计算公式为_________________________________________________________。
[解析] 如图所示。
(2)安装时要注意弹射器应固定,且弹射器发射方向保持水平。
(3)实验中需测量弹丸射出的水平距离x和弹射器与水平地面高度差h。
(4)在弹射器高度不变情况下多次实验,取x1,x2,…,xn平均值作为实验数据。
(5)v弹丸==。
[答案] 见解析
[随堂基础巩固]
1.安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是( )
A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小
B.保证小球飞出时,初速度水平
C.保证小球在空中运动的时间每次都相等
D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线
解析:
安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是保证小球以水平初速度抛出做平抛运动,故B正确。
答案:
B
2.某学生在做“研究平抛运动”的实验中,描出了如图5-3-6所示的几个实验点,其中偏差较大的实验点B出现的原因可能是( )
A.小球滚下的高度较其他各次高
B.小球滚下的高度较其他各次低图5-3-6
C.小球滚下时具有一定的初速度
D.以上说法均有可能
解析:
小球滚下的高度越低,其做平抛运动的初速度越小,其轨迹线越陡,越靠近y轴,所以可能原因为B。
答案:
B
3.在“研究平抛运动”的实验中,为了求平抛运动物体的初速度,需直接测量的数据有
( )
A.小球开始滚下的高度
B.小球在空中飞行的时间
C.运动轨迹上某点P的水平坐标
D.运动轨迹上某点P的竖直坐标
解析:
由平抛运动规律,竖直方向y=gt2,水平方向x=v0t,因此v0=x,可见只要测得轨迹上某点P的水平坐标x和竖直坐标y,就可求出初速度v0,故C、D正确。
答案:
CD
4.某同学在做“研究平抛运动”的实验中,忘记记下小球做平抛运动的起点位置O,A为物体运动一段时间后的位置,根据如图5-3-7所示,求出物体做平抛运动的初速度为____________m/s。
(g取10m/s2)图5-3-7
解析:
由题图可知AB、BC间的竖直距离yAB=15cm=0.15m,yBC=0.25m
因为xAB=xBC=0.20m,所以小球从A运动到B与从B运动到C的时间相同,设此时间为t。
据yBC-yAB=gt2得
t==s=0.10s。
又因为xAB=v0t,所以v0==m/s=2.0m/s。
答案:
2.0
5.在做“研究平抛物体的运动”的实验时,通过描点法画出小球的平抛运动轨迹,并求出平抛运动的初速度。
实验装置如图5-3-8所示。
图5-3-8
(1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上,实验前要检查木板是否水平,请简述你的检查方法:
__________________________________________________________________。
(2)关于这个实验,以下说法正确的是( )
A.小球释放的初始位置越高越好
B.每次小球要从同一高度由静止释放
C.实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖直线是否竖直
D.小球的平抛运动要靠近但不接触木板
解析:
(1)小球放在斜槽的末端任一位置都静止,说明末端切线水平无倾角。
(2)下落高度越高,初速度越大,一是位置不好用眼捕捉观察估测,二是坐标纸上描出的轨迹图线太靠上边,坐标纸利用不合理,A错;每次从同一高度释放,保证小球每次具有相同的水平速度,B对;木板要竖直且让球离开木板,以减少碰撞和摩擦,故C、D对。
答案:
(1)将小球放在斜槽的末端任一位置,看小球能否静止(或用水平仪检查木板是否水平)
(2)BCD
6.
(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点:
①水平方向做匀速直线运动;②竖直方向做自由落体运动。
如图5-3-9所示为研究平抛运动的实验装置,现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上,然后切断电磁铁C的电源,使电磁铁C上的小铁球从轨道A射出,并在射出时碰到碰撞开关S,使电磁铁E断电释放它吸着的小铁球,两铁球同时落到地面。
这个实验( )
图5-3-9
A.只能说明上述规律中的第①条
B.只能说明上述规律中的第②条
C.不能说明上述规律中的任何一条
D.能同时说明上述两条规律
(2)如图5-3-10所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分,图中背景方格的边长均为5cm。
如果取g=10m/s2,那么:
图5-3-10
①闪光频率是多少?
②小球运动中水平分速度是多少?
③小球经过B点时的速度是多少。
解析:
(1)由于左端小铁球平抛的同时,右端小铁球开始做自由落体运动,且两球同时落地,说明平抛的小铁球在竖直方向上和右端小铁球做同样的运动,也做自由落体运动,但无法说明平抛小铁球在水平方向的运动,故只有B正确。
(2)①A、B、C三点水平间隔相等,故相邻各点的时间间隔相等,设为T。
在竖直方向:
Δh=gT2,即(5-3)×0.05m=gT2,得T=0.1s,则频率为f=10Hz。
②水平方向:
3×0.05m=v0T,得v0=1.5m/s。
③竖直方向:
B点的竖直分速度vBy==2m/s,又由vB=,得vB=2.5m/s。
答案:
(1)B
(2)①10Hz ②1.5m/s ③2.5m/s
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 实验 验证 运动