高中物理 第五章 曲線運動 第3節(jié) 實驗：研究平拋運動 新人教版必修2

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1、第第五五章章實驗理論指導(dǎo)實驗理論指導(dǎo)典題案例典題案例導(dǎo)析導(dǎo)析題型一題型一題型二題型二第第3 3節(jié)節(jié)題型三題型三知能演練提升知能演練提升 三、實驗器材三、實驗器材 1描跡法描跡法 斜槽軌道、小鋼球、木板、白紙、圖釘、重錘、直尺、斜槽軌道、小鋼球、木板、白紙、圖釘、重錘、直尺、三角板、鉛筆等。三角板、鉛筆等。 2噴水法噴水法 飲料瓶、瓶塞、兩端開口的細管飲料瓶、瓶塞、兩端開口的細管(其中一根彎成直角，其中一根彎成直角，其一端接一段更細的硬管其一端接一段更細的硬管)、白紙、木板。、白紙、木板。 四、實驗步驟四、實驗步驟 1描跡法描跡法 實驗裝置如圖實驗裝置如圖531所示，鋼球從所示，鋼球從斜槽上滾下

2、，沖過水平槽飛出后做平拋斜槽上滾下，沖過水平槽飛出后做平拋運動。每次都使鋼球在斜槽的同一位置運動。每次都使鋼球在斜槽的同一位置滾下，鋼球在空中做平拋運動的軌跡就是一定的。用鉛筆滾下，鋼球在空中做平拋運動的軌跡就是一定的。用鉛筆描出小球每次經(jīng)過的位置，通過多次實驗，在豎直白紙上描出小球每次經(jīng)過的位置，通過多次實驗，在豎直白紙上記錄鋼球經(jīng)過的多個位置，連起來可得到鋼球平拋運動的記錄鋼球經(jīng)過的多個位置，連起來可得到鋼球平拋運動的軌跡。軌跡。圖圖5 53 31 1 2噴水法噴水法 如圖如圖532所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著所示，倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管，其中水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端

3、開口的細管，其中一根彎成水平，加上一個很細的噴嘴。一根彎成水平，加上一個很細的噴嘴。 水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細水柱，它顯示了平拋運動的軌跡。將它描在背后的紙上，進水柱，它顯示了平拋運動的軌跡。將它描在背后的紙上，進行分析處理。行分析處理。圖圖5 53 32 2 3頻閃照相法頻閃照相法 用數(shù)碼照相機可記錄下平拋運動的用數(shù)碼照相機可記錄下平拋運動的軌跡，如圖軌跡，如圖533所示。所示。 由于相鄰兩幀照片間的時間間隔是由于相鄰兩幀照片間的時間間隔是相等的，只要測量相鄰兩照片上小球的相等的，只要測量相鄰兩照片上小球的水平位移，就很容易判斷平拋運動水平水平位移

4、，就很容易判斷平拋運動水平方向上的運動特點。方向上的運動特點。圖圖5 53 33 3 五、數(shù)據(jù)處理五、數(shù)據(jù)處理 1判斷平拋運動的軌跡是拋物線判斷平拋運動的軌跡是拋物線 (1)如圖如圖534所示，在所示，在x軸上作軸上作出等距離的幾個點出等距離的幾個點A1、A2、A3、，把線段把線段OA1的長度記為的長度記為L，那么，那么OA22L、OA33L、，過，過A1、A2、A3、向下作垂線，與軌跡的交點記為向下作垂線，與軌跡的交點記為M1、M2、M3、圖圖5 53 34 4 (2)設(shè)軌跡是一條拋物線，則設(shè)軌跡是一條拋物線，則M1、M2、M3、各點的各點的y坐標(biāo)與坐標(biāo)與x坐標(biāo)應(yīng)該具有的形式為坐標(biāo)應(yīng)該具有的

5、形式為yax2，a是常量。是常量。 (3)用刻度尺測量某點的用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標(biāo)，代入兩個坐標(biāo)，代入yax2中，中，求出常量求出常量a。 (4)測量其他幾個點的測量其他幾個點的x、y坐標(biāo)，代入上式，看由各點坐標(biāo)，代入上式，看由各點坐標(biāo)求出的坐標(biāo)求出的a值是否相等。如果在誤差允許范圍內(nèi)相等，值是否相等。如果在誤差允許范圍內(nèi)相等，就說明該曲線為拋物線。就說明該曲線為拋物線。 六、注意事項六、注意事項 (1)利用描跡法做實驗時必須調(diào)整斜槽末端的切線沿水利用描跡法做實驗時必須調(diào)整斜槽末端的切線沿水平方面。平方面。 (2)方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時要用重垂線檢方木板必須處于豎直平面內(nèi)，

6、固定時要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。 (3)小球每次必須從斜槽上同一位置滾下。小球每次必須從斜槽上同一位置滾下。 (4)坐標(biāo)原點不能是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時坐標(biāo)原點不能是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點。球心在木板上的投影點。 (5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達右下角為宜。拋運動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達右下角為宜。 (6)在軌跡上選取離坐標(biāo)原點在軌跡上選取離坐標(biāo)原點O點較遠的一些點來計點較遠的一些點來計算初速度。算初速度。 七、誤差分析七、誤差分析

7、(1)用描跡法時斜槽末端沒有水平，使得小球離用描跡法時斜槽末端沒有水平，使得小球離開斜槽后不做平拋運動。開斜槽后不做平拋運動。 (2)描點不準(zhǔn)確。描點不準(zhǔn)確。 (3)在軌跡上量取某點坐標(biāo)在軌跡上量取某點坐標(biāo)(x，y)時出現(xiàn)誤差。時出現(xiàn)誤差。八、它案設(shè)計八、它案設(shè)計對比實驗法研究平拋運動規(guī)律。對比實驗法研究平拋運動規(guī)律。實驗裝置如圖實驗裝置如圖535所示。所示。圖圖5 53 35 5 1研究水平方向上的分運動的性質(zhì)研究水平方向上的分運動的性質(zhì) (1)把兩個小鋼珠分別吸在電磁鐵把兩個小鋼珠分別吸在電磁鐵C、D上，切斷電源，上，切斷電源，使兩個小鋼珠以相同的初速度分別從軌道使兩個小鋼珠以相同的初速度

8、分別從軌道A、B同時射出。同時射出。 (2)同步改變電磁鐵同步改變電磁鐵C、D與軌道出口水平線之間的高度，與軌道出口水平線之間的高度，多次重復(fù)以上步驟。多次重復(fù)以上步驟。 我們看到兩個小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得出兩我們看到兩個小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得出兩個小鋼珠在水平方向的運動是相同的，即平拋運動在水平方個小鋼珠在水平方向的運動是相同的，即平拋運動在水平方向上的分運動是勻速直線運動。向上的分運動是勻速直線運動。 2研究豎直方向上的分運動的性質(zhì)研究豎直方向上的分運動的性質(zhì) (1)把兩個小鋼珠分別吸在電磁鐵把兩個小鋼珠分別吸在電磁鐵C、E上，切斷電磁上，切斷電磁鐵鐵C的電源，使一只小

9、鋼珠從軌道的電源，使一只小鋼珠從軌道A射出，并在射出時碰射出，并在射出時碰撞開關(guān)撞開關(guān)S，使電磁鐵，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鋼珠。斷電釋放它吸著的小鋼珠。 (2)調(diào)整電磁鐵調(diào)整電磁鐵E的位置，讓電磁鐵的位置，讓電磁鐵E從從N向向M移動，移動，多次重復(fù)以上步驟。多次重復(fù)以上步驟。 我們看到兩個小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得我們看到兩個小鋼珠每次都發(fā)生相碰，因此可以得出兩個小鋼珠在豎直方向的運動是相同的，即平拋運動出兩個小鋼珠在豎直方向的運動是相同的，即平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動。在豎直方向上的分運動是自由落體運動。 例例1在在“研究平拋運動研究平拋運動”的實驗中，可以描繪平

10、拋物體的實驗中，可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度。實驗簡要步驟如下：運動軌跡和求物體的平拋初速度。實驗簡要步驟如下： A.讓小鋼球多次從讓小鋼球多次從_位置上滾下，記下小球運動位置上滾下，記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置；途中經(jīng)過的一系列位置； B安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下小安裝好器材，注意斜槽末端水平和木板豎直，記下小球在斜槽末端時球心在木板上的投影點球在斜槽末端時球心在木板上的投影點O和過和過O點的豎直線，點的豎直線，檢測斜槽末端水平的方法是檢測斜槽末端水平的方法是_。 C測出曲線上某點的坐標(biāo)測出曲線上某點的坐標(biāo)x、y，用，用v0_算算出該小球的平拋初速度，實

11、驗需要對多個點求出該小球的平拋初速度，實驗需要對多個點求v0的值，然的值，然后求它們的平均值。后求它們的平均值。 D取下白紙，以取下白紙，以O(shè)為原點，以豎直線為為原點，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋軌跡。系，用平滑曲線畫平拋軌跡。上述實驗步驟的合理順序是上述實驗步驟的合理順序是_(只排列序號即可只排列序號即可)。 解析解析A項中要記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置，項中要記下小球運動途中經(jīng)過的一系列位置，不可能在一次平拋中完成，每一次平拋一般只能確定一個不可能在一次平拋中完成，每一次平拋一般只能確定一個位置，要確定多個位置，要求小球每次的軌跡重合，小球位置，要確定多個位置，

12、要求小球每次的軌跡重合，小球開始平拋時的初速度必須相同，因此小球每次必須從同一開始平拋時的初速度必須相同，因此小球每次必須從同一位置上滾下。位置上滾下。 B項中用平衡法，即將小球放到斜槽末端任一位置，如項中用平衡法，即將小球放到斜槽末端任一位置，如果斜槽末端是水平的，小球受到的支持力和重力是平衡的。果斜槽末端是水平的，小球受到的支持力和重力是平衡的。不論將小球放到斜槽末端任何位置，小球均不會滾動。如果不論將小球放到斜槽末端任何位置，小球均不會滾動。如果斜槽末端不是水平的，小球?qū)l(fā)生滾動。斜槽末端不是水平的，小球?qū)l(fā)生滾動。C項中運用項中運用xv0t及及ygt2聯(lián)立即可求得聯(lián)立即可求得v0 x

13、。 例例2在研究平拋運動的實驗中，在研究平拋運動的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長格的邊長L1.25 cm，若小球在平拋運，若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖動途中的幾個位置如圖536中中a、b、c、d所示，則：所示，則： (1)小球做平拋運動的初速度的計算小球做平拋運動的初速度的計算式是什么式是什么(用用L、g表示表示)？其值是多少？其值是多少？ (2)a點是平拋小球拋出點的位置嗎？點是平拋小球拋出點的位置嗎？如果不是，那么拋出點的位置怎樣確定？如果不是，那么拋出點的位置怎樣確定？圖圖5 53 36 6 例例3利用單擺驗證小球平拋運動規(guī)律，

14、設(shè)計方案利用單擺驗證小球平拋運動規(guī)律，設(shè)計方案如圖如圖537甲所示，在懸點甲所示，在懸點O正下方有水平放置的熾熱正下方有水平放置的熾熱的電熱絲的電熱絲P，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷；，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷；MN為水平木板，已知懸線長為為水平木板，已知懸線長為L，懸點與木板間的距離，懸點與木板間的距離OOh(hL)。圖圖5 53 37 7(1)電熱絲電熱絲P必須置于懸點正下方的理由是：必須置于懸點正下方的理由是：_。(2)將小球向左拉起后自由釋放，最后小球落在木板上的將小球向左拉起后自由釋放，最后小球落在木板上的C點，點，OCx，則小球做平拋運動的初速度，則小球做平拋運動的初速度v0_。(3)在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時懸線與在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時懸線與豎直方向間的夾角豎直方向間的夾角，小球落點與，小球落點與O點的水平距離點的水平距離x將隨之改變，將隨之改變，經(jīng)多次實驗，以經(jīng)多次實驗，以x2為縱坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)、cos 為橫坐標(biāo)，得到如圖為橫坐標(biāo)，得到如圖537乙所示圖像。則當(dāng)乙所示圖像。則當(dāng)30時，時，x_m。