实验：研究平抛运动学案

海南省海口市第十四中学高中物理必修二学案：第五章 曲线运

动 3 实验：研究平抛运动

班级_________ 组别_________ 座号_________ 姓名_________

一、实验目的

1.描绘平抛运动的轨迹。

2.通过平抛运动的轨迹研究平抛运动的特点。

3.根据平抛运动的轨迹判断平抛运动为抛物线运动。 4.根据平抛运动的轨迹求平抛运动的初速度。 二、实验原理

平抛运动可以看做是两个分运动的合运动：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。令小球做平抛运动，利用描迹法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系。测出曲线上某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利

用公式 求y?1gt2，出小球的飞行时间t，再利用公式x=v0t，求出小球的水平分速度

2 gv?x，小球做平抛运动的初速度。 0即为 2y

三、实验器材

斜槽、铁架台、木板、小球、图钉、铅笔、刻度尺、三角板、重垂线、能水平喷出细水柱的饮料瓶等。 四、实验过程

参考案例一：用如图所示装置完成实验实验步骤及数据处理 1.安装实验器材。

2.检验斜槽的末端是否水平,坐标纸上的竖线是否竖直。 3.在坐标纸上建立直角坐标系。

4.从一固定位置无初速度释放小球,描点。

5.根据描出的小球运动轨迹计算小球的初速度。

6.根据实验获得的平抛轨迹判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。

参考案例二：利用水平喷出的细水柱显示平抛运动的轨迹 1.实验步骤

(1)将饮料瓶装上水，瓶口插上两根两端开口的细管，其中一根开口水平，水平端为喷嘴。

(2)将饮料瓶倒置固定，让水从喷嘴喷出。

(3)将透明胶片竖直放置，在透明胶片上描出水流的轨迹。

2.数据处理：在轨迹上选取几个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x和y，根据平抛运动的特点代入公式中，求得初速度。 参考案例三：用频闪照相法探究平抛运动频闪照相是指每隔一定时间对同一物体进行一次照相,并将其位置呈现在同一张底片上的技术。

先观察频闪照片,分析两个小球在竖直方向上的运动情况：它们在同一时间内下落的高度相同，验证了平抛运动的竖直分运动是自由落体运动；再测量知平抛小球在相等时间里通过的水平距离相同，从而证明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，且竖直方向的分运动不影响水平方向的分运动。

五、探究思考与讨论 1.探究实验装置及操作 (1)若采用“参考案例一”，为什么要求斜槽末端水平？怎样证明斜槽末端水平?

(2)若采用“参考案例一”，为什么小球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下？

(3)实验过程中，若采用“参考案例一”，小球运动轨迹是怎样描出的？

(4)若采用“参考案例二”，如图，为什么在瓶中 要插入另一根细直管？其作用是什么？

2.探究实验数据处理

(1)若采用“参考案例一”，怎样建立坐标系？怎样确定坐标原点？

(2)如何判断平抛运动的轨迹是否为抛物线？

(3)怎样根据描出的运动轨迹计算平抛运动的初速度？

【知识点拨】 1.实验注意事项

(1)做第一个案例实验时要注意：①斜槽末端要水平。②每次都使小球在斜槽上从同一位置滚下。③每次都使小球由静止开始滚下。④描点时应记录小球球心的位置。⑤用平滑的曲线连接各点，不能用折线连接各点。 2.“参考案例一”的误差来源

2

若实验采用的是“参考案例一”实验，误差主要来源于以下几方面：(1)斜槽末端不严格水平,导致小球的运动不是严格的平抛运动;(2)确定小球的位置时不准确；(3)测量轨迹上各点坐标时不准确；(4)小球从斜槽上滚下的初速度不为0。 六、典例分析

1、实验原理、步骤的理解

【典例1】在“研究平抛物体的运动”的实验中，可以描绘物体做平抛运动的轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下：

A.让小球多次从_______位置由静止滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置。

B.安装好器材，注意斜槽末端水平和平板竖直，记下斜槽末端O点和过O点的竖直线。检测斜槽末端水平的方法是________。

C.测出曲线上某点的坐标x、y，用v0=________算出该小球的平抛初速度。实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值。

D.取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴，以垂直竖直线的方向为x轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛轨迹。

(1)上述实验步骤的合理顺序是________(只排列序号即可)。 (2)补充完整实验步骤。 2、实验数据的处理

【典例2】(2012·扶沟高一检测)在研究小球平抛运动的实验中，某同学只记录了A、B、C 三个点而忘了抛出点的位置，今取A为坐标原点，建立了如图所示的坐标系，平抛轨迹上 三点的坐标值图中已标出，g=10 m/s2，则： (1)小球由A运动到B所用的时间为_______s； (2)小球平抛的初速度为_______m/s；

(3)小球经过B点时的速度大小为_______m/s；

(4)小球水平抛出点的坐标为x＝ _______cm，y＝ _______cm。 【解析】(1)A、B，B、C的水平位移相等，故A到B与B到C的时间相等，根据竖直方向上Δy=gT2得，

T??y?0.25?0.15 s?0.1 s。 g10

x0.1(2)小球平抛的初速度 v?? m/s?1.0 m/s。0 T0.1

0.400.40(3)小球在B点竖直方向的速度 vBy?? m/s?2.0 m/s， 2T0.2

2222则B点的速度

B0By

(4)小球在A点竖直方向的速度vAy=vBy-gT=2.0 m/s-10×0.1 m/s=1.0 m/s， 从抛出点到A点的时间

vAy1.0t?? s?0.1 s，

g10

则小球水平抛出点的坐标x=-v0t=-1.0×0.1 m=-0.1 m=-10 cm，

v?v?v??1.0???2.0? m/s?5 m/s。 3

1212y??gt???10??0.1? m??0.05 m??5 cm。

22答案：(1)0.1 (2)1.0 (3) (4)-10 -5

七、课后达标·训练

1．(2012·怀宁高一检测)在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉、铁架台、白纸之外，下列器材中还需要的是( ) A.秒表 B.天平 C.重垂线 D.刻度尺

2.(2012·会昌高一检测)在“研究平抛物体的运动”的实验中，以下说法正确的是( ) A．使用密度大、体积小的钢球 B．尽可能减小钢球与斜槽间的摩擦 C．每次让小球从同一高度滚下 D．斜槽末端必须保持水平

3．(2012·永康高一检测)(1)下面是通过描点法画小球平抛运动轨迹的一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上__________________。 A．通过调节使斜槽的末端切线保持水平 B．每次释放小球的位置必须相同

C．记录小球位置用的凹槽每次必须严格等距离下降 D．每次必须由静止释放小球

E．小球运动时不应与木板上的白纸相接触 F．将小球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将线

(2)在“研究平抛物体的运动”的实验中，得到的轨迹如图所示，其中O点为平抛运动的起点。根据平抛运动的规律及图中给出的数据，可计算出小球平抛的初速度v0=________m/s。 4.(2012·揭阳高一检测)如图是小球做平抛运动的闪光照片，图中每个小方格的边长都是L=0.54 cm。已知闪光时间是T=

2

点连成折

1s，那么重力加速度的计算公式为g=_______，其值是30_______m/s，小球的初速度的计算公式为v0=_______，其值是_______m/s，小球通过A点时的速率是_______m/s。(结果保留两位有效数字)

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