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平抛运动

平抛运动

平抛运动公式物体以一定的初水平方向抛出,如果物体仅受重力作用,这样的运动叫做平抛运动。平抛运动实验【重要知识提示】 1.实验目的、原理 (1)实验目的: (a)用描迹法描出平抛物体的运动轨迹; (b)求出平抛物体的初速度; 

目录

1. 平抛运动公式

物体以一定的初水平方向抛出,如果物体仅受重力作用,这样的运动叫做平抛运动。

2. 平抛运动实验

【重要知识提示】

1.实验目的、原理

(1)实验目的:

(a)用描迹法描出平抛物体的运动轨迹;

(b)求出平抛物体的初速度;

(2)实验原理:

(a)平抛运动可以看作是由两个分运动合成,一个是在水平方向上的匀速直线运动,其速度等于平抛物体运动的初速度,另一个是在竖直方向上的自由落体运动.

(b)在水平分运动中,运用x=v•t;在竖直分运动中,运用y=1/2gt2或△y=gT2.

2.实验器材

斜槽(附挡球板和铅锤线)、水准仪、小钢球、木板、竖直固定支架、刻度尺、三角板、白纸、图钉、定点用的有孔卡片、重垂、铅笔等

说明 定点用的有孔卡片的制作要求如图5—1所示,在方形硬纸上沿中间实线挖出一个孔,孔宽(A)应稍大于钢球直径,孔长(B)一般大于钢球直径.

3.实验步骤及安装调整

(1)描述平抛物体运动的轨迹:

(a)将斜槽放在桌面上,让其末端伸出桌面边缘外.借助水准仪调节末端,使槽末端切线水平,随之将其固定,如图5—2所示.

说明 如果没有水准仪,则可将钢球放于槽的末端.调节斜槽后,轻轻拨动钢球,若钢球能在任何位置平衡,说明达到要求;

(b)用图钉将白纸钉在木板上,让木板左上方靠近槽口处桌面边缘,用支架将木板竖直固定,使小球滚下飞出槽口后的轨迹平面跟板面平行;

(c)将小球飞离斜槽末端时的球心位置水平投影到白纸上描点O,并过。沿重垂线用直尺描出竖直方向;

(d)选择钢球从槽上滚下的合适初位置Q,在Q点放上挡球板;

(e)将小球从斜槽上释放,用中心有孔的卡片靠在纸面上并沿纸面移动,当飞行的小球顺利地穿过卡片上小孔时,在小孔靠近纸面所在处做上记号;重复该步骤,描下至少5个不同位置的对应点;

(f)把白纸从木板上取下来,将前面描述的一系列点用平滑的曲线连接起来,即为小球平抛运动的轨迹.

(2)求小球平抛的初速度:

(a)以。为坐标原点,用三角板在白纸上建立z0夕坐标系;

(b)在轨迹线上选取点M,并测出它的坐标值(z,y),代人公式计算水平初速度;

(c)再在曲线上选取不同点,重复步骤2(b),测量、计算水平初速度,最后求出其平均值,即为小球平抛初速度的测量值.

4.注意事项

(1)在调整安装时,应保证斜槽末端切线水平,确保钢球飞出后作平抛运动;应使木板(包括白纸)靠近槽口、竖直且与小球运动轨迹所在平面平行,确保运动小球靠近木板,但不接触木板.

(2)在实验中应使用斜槽挡球板,保证小球每次均从同一位置无初速释放.

说明:斜槽挡球板的位置应恰当,以便使小球的运动轨迹由木板左上角到右下角.

(3)在取下白纸前,应在白纸上记下小球飞离槽口时球心位置0(钢球球心在图板上的水平投影点,而不是斜槽末端点的投影),如图5—3所示.确定坐标轴原点,并用重垂线过0 作竖直线,以准确确定坐标系的y轴.

(4)在轨迹曲线上选点时,应选离坐标原点稍远的点用以测量计算,这样可减小误差.

典型范例导析】

【例1】 在“研究平抛物体的运动”实验中:

(1)在安装斜槽时,如何判断其末端切线是否调整为水平?

(2)由于需要通过多次释放小球、描点,才能描绘小球的运动轨迹,那么在进行该步骤时应注意什么?

解析 (1)调节斜槽使其末端点的切线水平时,最好使用水准仪.如果没有配备水准仪,则可借助小钢球,将其放置于槽的末端,轻轻拨动后,若它能停留在放置的任意位置处,则说明达到要求.

(2)在进行该步骤的操作中,应注意两点:

(a)释放小球时,应选择合适的初位置,最好使钢球运动轨迹从图板左上角到右下角,以减小测量误差;

(b)保证小钢球每次滚下的初始高度相同且均由静止释放,因此,在实验时,应在斜槽上配套安装挡球板.若没有配备挡球板,则可用直尺、薄板代替,但不宜直接用手释放.

点评研究高考实验试题可知:近年来考查学生动手操作能力的试题几乎年年都有,这充分体现了学生亲自动手操作实验的必要性.本例题以“研究平抛物体运动”实验为例说明:为尽量减小实验误差,在对实验器材的安装、调整中,既要有严格的操作要求,又要有灵活处理的方法,学生手脑并用尤为必要.

【例2】 在“研究平抛物体运动”实验中,某同学在建立直角坐标系时,有一处失误.设他在安装实验装置和进行其余的操作时准确无误.

(1)观察如图5—4,可知,他失误之处是___________.

(2)他根据记录建立坐标系,运用教材实验原理测得的平抛初速度值与其真实值相比_______________.(选填“偏大”、“相等”或“偏小”).

解析 (1)坐标系原点应建在正飞离斜槽槽口的小球重心处,即在槽口正上方r(r为小球半径)处.而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处.

(2)如图5—5所示,正确的坐标系横轴应建立在x’处,原点应在O’处.

在轨迹上取点P,其坐标值真实值为(x’,y’),测量值为(z,y),其中y’>y,x’=x

当套用课本实验原理而又错取坐标原点时,该同学得到的测量值偏大.

点评无论将坐标原点是取在飞离槽口的球心处,还是将原点取在槽口处,只要认清平抛运动在水平方向、竖直方向运动性质,就可这样处理:如图5—6所示.

在竖直方向上:

在水平方向上: v0=x/T

当改用通用方法处理时,小球平抛初速度测量值会与真实值相吻合.

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