實(shí)驗(yàn)：研究物體平拋運(yùn)動(dòng).doc

一、研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)【重要知識(shí)提示】 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原?(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?(a)用描跡法描出平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡； (b)求出平拋物體的初速度； (2)實(shí)驗(yàn)原理： (a)平拋運(yùn)動(dòng)可以看作是由兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成，一個(gè)是在水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)，其速度等于平拋物體運(yùn)動(dòng)的初速度，另一個(gè)是在豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng) (b)在水平分運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)用x=vt；在豎直分運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)用y=1/2gt2或y=gT2 2實(shí)驗(yàn)器材 斜槽(附擋球板和鉛錘線)、水準(zhǔn)儀、小鋼球、木板、豎直固定支架、刻度尺、三角板、白紙、圖釘、定點(diǎn)用的有孔卡片、重垂、鉛筆等 說明 定點(diǎn)用的有孔卡片的制作要求如圖51所示，在方形硬紙上沿中間實(shí)線挖出一個(gè)孔，孔寬(A)應(yīng)稍大于鋼球直徑，孔長(B)一般大于鋼球直徑 3實(shí)驗(yàn)步驟及安裝調(diào)整 (1)描述平拋物體運(yùn)動(dòng)的軌跡： (a)將斜槽放在桌面上，讓其末端伸出桌面邊緣外借助水準(zhǔn)儀調(diào)節(jié)末端，使槽末端切線水平，隨之將其固定，如圖52所示 說明 如果沒有水準(zhǔn)儀，則可將鋼球放于槽的末端調(diào)節(jié)斜槽后，輕輕撥動(dòng)鋼球，若鋼球能在任何位置平衡，說明達(dá)到要求； (b)用圖釘將白紙釘在木板上，讓木板左上方靠近槽口處桌面邊緣，用支架將木板豎直固定，使小球滾下飛出槽口后的軌跡平面跟板面平行； (c)將小球飛離斜槽末端時(shí)的球心位置水平投影到白紙上描點(diǎn)O，并過。沿重垂線用直尺描出豎直方向； (d)選擇鋼球從槽上滾下的合適初位置Q，在Q點(diǎn)放上擋球板； (e)將小球從斜槽上釋放，用中心有孔的卡片靠在紙面上并沿紙面移動(dòng)，當(dāng)飛行的小球順利地穿過卡片上小孔時(shí)，在小孔靠近紙面所在處做上記號(hào)；重復(fù)該步驟，描下至少5個(gè)不同位置的對應(yīng)點(diǎn)； (f)把白紙從木板上取下來，將前面描述的一系列點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，即為小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡 (2)求小球平拋的初速度： (a)以。為坐標(biāo)原點(diǎn)，用三角板在白紙上建立z0夕坐標(biāo)系； (b)在軌跡線上選取點(diǎn)M，并測出它的坐標(biāo)值(z，y)，代人公式計(jì)算水平初速度； (c)再在曲線上選取不同點(diǎn)，重復(fù)步驟2(b)，測量、計(jì)算水平初速度，最后求出其平均值，即為小球平拋初速度的測量值 4注意事項(xiàng) (1)在調(diào)整安裝時(shí)，應(yīng)保證斜槽末端切線水平，確保鋼球飛出后作平拋運(yùn)動(dòng)；應(yīng)使木板(包括白紙)靠近槽口、豎直且與小球運(yùn)動(dòng)軌跡所在平面平行，確保運(yùn)動(dòng)小球靠近木板，但不接觸木板. (2)在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使用斜槽擋球板，保證小球每次均從同一位置無初速釋放 說明：斜槽擋球板的位置應(yīng)恰當(dāng)，以便使小球的運(yùn)動(dòng)軌跡由木板左上角到右下角. (3)在取下白紙前，應(yīng)在白紙上記下小球飛離槽口時(shí)球心位置0(鋼球球心在圖板上的水平投影點(diǎn)，而不是斜槽末端點(diǎn)的投影)，如圖53所示確定坐標(biāo)軸原點(diǎn)，并用重垂線過0 作豎直線，以準(zhǔn)確確定坐標(biāo)系的y軸 (4)在軌跡曲線上選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)選離坐標(biāo)原點(diǎn)稍遠(yuǎn)的點(diǎn)用以測量計(jì)算，這樣可減小誤差 【典型范例導(dǎo)析】 【例1】 在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中： (1)在安裝斜槽時(shí)，如何判斷其末端切線是否調(diào)整為水平? (2)由于需要通過多次釋放小球、描點(diǎn)，才能描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，那么在進(jìn)行該步驟時(shí)應(yīng)注意什么? 解析 (1)調(diào)節(jié)斜槽使其末端點(diǎn)的切線水平時(shí)，最好使用水準(zhǔn)儀如果沒有配備水準(zhǔn)儀，則可借助小鋼球，將其放置于槽的末端，輕輕撥動(dòng)后，若它能停留在放置的任意位置處，則說明達(dá)到要求 (2)在進(jìn)行該步驟的操作中，應(yīng)注意兩點(diǎn)： (a)釋放小球時(shí)，應(yīng)選擇合適的初位置，最好使鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡從圖板左上角到右下角，以減小測量誤差； (b)保證小鋼球每次滾下的初始高度相同且均由靜止釋放，因此，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在斜槽上配套安裝擋球板若沒有配備擋球板，則可用直尺、薄板代替，但不宜直接用手釋放 點(diǎn)評研究高考實(shí)驗(yàn)試題可知：近年來考查學(xué)生動(dòng)手操作能力的試題幾乎年年都有，這充分體現(xiàn)了學(xué)生親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的必要性本例題以“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)為例說明：為盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，在對實(shí)驗(yàn)器材的安裝、調(diào)整中，既要有嚴(yán)格的操作要求，又要有靈活處理的方法，學(xué)生手腦并用尤為必要 【例2】 在“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在建立直角坐標(biāo)系時(shí)，有一處失誤設(shè)他在安裝實(shí)驗(yàn)裝置和進(jìn)行其余的操作時(shí)準(zhǔn)確無誤 (1)觀察如圖54，可知，他失誤之處是_ (2)他根據(jù)記錄建立坐標(biāo)系，運(yùn)用教材實(shí)驗(yàn)原理測得的平拋初速度值與其真實(shí)值相比_(選填“偏大”、“相等”或“偏小”) 解析 (1)坐標(biāo)系原點(diǎn)應(yīng)建在正飛離斜槽槽口的小球重心處，即在槽口正上方r(r為小球半徑)處而該同學(xué)卻錯(cuò)誤地將坐標(biāo)原點(diǎn)取在槽口處 (2)如圖55所示，正確的坐標(biāo)系橫軸應(yīng)建立在x處，原點(diǎn)應(yīng)在O處 在軌跡上取點(diǎn)P，其坐標(biāo)值真實(shí)值為(x，y)，測量值為(z，y)，其中yy，x=x 而 當(dāng)套用課本實(shí)驗(yàn)原理而又錯(cuò)取坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，該同學(xué)得到的測量值偏大 點(diǎn)評無論將坐標(biāo)原點(diǎn)是取在飛離槽口的球心處，還是將原點(diǎn)取在槽口處，只要認(rèn)清平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向、豎直方向運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，就可這樣處理：如圖56所示在豎直方向上： 在水平方向上： v0=x/T當(dāng)改用通用方法處理時(shí)，小球平拋初速度測量值會(huì)與真實(shí)值相吻合【例3】在“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)記錄了運(yùn)動(dòng)軌跡上三點(diǎn)A、B、C，如圖57所示，以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，各點(diǎn)坐標(biāo)值已在圖中標(biāo)出求： (1)小球平拋初速度大??； (2)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初始位置坐標(biāo) 解析 (1)如圖57所示，小球在徹段、13(2段水平位移相等，而小球在水平方向作勻速運(yùn)動(dòng)，因此小球在這兩段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間tAB=tBC=T 小球在豎直方向作勻加速運(yùn)動(dòng)，由s=aT2得 25cm一15cm=lOOcms2T2， T=O1s 小球在水平方向上作勻速運(yùn)動(dòng)，有v0=10cm/0.1s=lcms=lms (2)由于小球在豎直方向上作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，小球在B點(diǎn)的豎直分速度大小等于AC段在豎直方向平均速度大小 vBy=0.4/0.2=2(m/s) 設(shè)小球從拋出點(diǎn)0到B點(diǎn)歷時(shí)為tOB，有 tOB=vBy/g=0.2s 小球從拋出點(diǎn)0到A點(diǎn)歷時(shí)： tOA=tOBT=O1s 因此， xOA=v0tOA=lOcm， yOA=5cm 故0點(diǎn)坐標(biāo)值為(一10，一5) 點(diǎn)評在學(xué)習(xí)中應(yīng)該學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)，而不是膚淺地看表象；例如在解決本例題時(shí)，我們關(guān)鍵在于抓住其運(yùn)動(dòng)本質(zhì)，而不是生搬硬套某種解題方法不少學(xué)生將圖57中的A點(diǎn)作為小球拋出點(diǎn)，運(yùn)用公式 x=v0t y=1/2gt2必然導(dǎo)致求解錯(cuò)誤 在此實(shí)驗(yàn)中，由于一些偶然因素對實(shí)驗(yàn)者和實(shí)驗(yàn)儀器的影響會(huì)造成誤差(稱偶然誤差)，減小這類誤差的方法是通過多次實(shí)驗(yàn)測量、計(jì)算最后結(jié)果再求其平均值在應(yīng)用平均法測量間接測量的物理量時(shí)，要平均的是待測量(平拋初速度)，而不是直接測量的物理量 如圖58所示，斜槽末端切線略向下傾斜，設(shè)其切線(虛線)與水平成角 在處理數(shù)據(jù)時(shí)，取小球運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)，設(shè)通過測量計(jì)算的小球飛到P點(diǎn)的時(shí)間為t測，而小球真實(shí)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t真，則有 設(shè)小球平拋初速度的測量值、真實(shí)值分別為t測、t真，有 v測=x/t測， v真= 因此 v測 v真即當(dāng)斜槽末端切線向下傾斜時(shí)會(huì)導(dǎo)致小球平拋初速度測量值偏小【能力跟蹤訓(xùn)練】 1在“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，白紙?jiān)谀景迳系墓潭ㄇ闆r如圖59所示，正確的做法是 ( ) 2在做“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)采取下列哪些措施減小實(shí)驗(yàn)誤差? A斜槽軌道末端切線必須水平 B斜槽軌道必須光滑 C每次要平衡摩擦力 D小球每次應(yīng)從斜槽同一高度釋放 3一個(gè)學(xué)生在“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中描出了如圖5-10所示的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，其中偏差較大的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B產(chǎn)生的原因可能是 ( ) A小球滾下的高度較其它各次高 B小球滾下的高度較其它各次低 C小球在運(yùn)動(dòng)中遇到其它各次沒有遇到的阻礙 D小球開始滾下時(shí)，實(shí)驗(yàn)者已給它一個(gè)初速度 4在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，要在白紙上作x0y坐標(biāo)，其中確定y軸的方法是 ( ) A先過斜槽末端O作水平線，再作此水平線的垂線 B過斜槽末端0作一條豎直線 C利用重垂線畫出通過斜槽末端0的豎直線 D取白紙的豎直邊緣為y軸 5在“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了描出物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)驗(yàn)應(yīng)有下列各個(gè)步驟： A以0為原點(diǎn)，畫出與y軸相垂直的水平方向x軸； B把事先做好的有缺口的紙片用手按在豎直木板上，使由斜槽上滾下、拋出的小球正好從紙片的方孔中通過，用鉛筆在白紙上描下小球穿過這個(gè)缺口的位置； C每次都使小球從斜槽上固定的標(biāo)卡位置開始滾下，用同樣的方法描出小球經(jīng)過的一系列位置，并用平滑的曲線把它們連接起來，這樣就描出了小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡； D用圖釘把白紙釘在豎直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽； E把斜槽末端拉高一個(gè)球半徑處定為0點(diǎn)，在白紙上描出0點(diǎn)，利用重垂線在白紙上畫出過0點(diǎn)向下的豎直線，定為y軸 在上述的實(shí)驗(yàn)步驟中，缺少的步驟F是_. 在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是：_. 6如圖511所示，用頻閃照相法測當(dāng)?shù)刂亓铀俣葧r(shí)， 用10次/秒的閃光照相機(jī)對正在做平拋運(yùn)動(dòng)的球拍攝的照 片背景是每格邊長為5cm的正方形格子試分析照片求當(dāng) 地重力加速度【答案與提示】 1C(在描述小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，要在白紙上建立直角 坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)取在小球脫離槽口時(shí)小球重心處，因此：(a)安裝白紙時(shí)，應(yīng)將其左靠、對齊桌面邊緣(而不是槽口)，且白紙上邊緣要高于斜槽末端；(b)白紙面積大小要合適，盡量蓋滿木板，從而使描出的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡較長(從白紙的左上角到右下角) 2A、D(當(dāng)斜槽末端切線沒有調(diào)整水平時(shí)，小球脫離槽口后并非作平拋運(yùn)動(dòng)但在實(shí)驗(yàn)中，仍按平拋運(yùn)動(dòng)分析處理數(shù)據(jù)，所得的初速度的測量值與真實(shí)值肯定不相符，故斜槽末端切線不水平會(huì)造成誤差，選項(xiàng)A正確每次釋放小球時(shí)，只要讓它從同一高度、無初速開始運(yùn)動(dòng)，在相同的情形下，即使球與槽之間存在摩擦力，仍能保證球作平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同，因此斜槽軌道不必要光滑，更不必平衡摩擦力選項(xiàng)D正確，B、C中的措施是不必要的) 3B、C(觀察描點(diǎn)可知：B點(diǎn)偏差到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡之下其原因之一可能是由于小球平拋初速度比其它各次偏小，而導(dǎo)致平拋初速度比其它各次小的原因可能是：(a)小球在斜槽上釋放的初位置高度偏低；(b)小球在運(yùn)動(dòng)中遇到了其它各次沒有遇到的阻礙如小球滾下的初位置偏高或小球開始滾下時(shí)，實(shí)驗(yàn)者不小心給它一個(gè)初速度，則描出的該點(diǎn)應(yīng)在平拋軌跡線之上) 4C(要準(zhǔn)確確定坐標(biāo)系y軸，需明確以下幾點(diǎn)：(1)確定坐標(biāo)軸，需使用重垂線先確定y軸方向，再用三角板確定2軸；(2)坐標(biāo)原點(diǎn)在斜槽末端之上廠處(廠為小球半徑)，因此y軸位置應(yīng)通過斜槽末端處在安裝木板時(shí)，應(yīng)使木板左邊緣緊靠桌面邊緣，因而白紙的左邊緣應(yīng)在斜槽末端的左邊，故不可能取白紙的豎直邊緣為y軸) 5在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，影響研究、測量誤差的重要因素之一是斜槽末端切線是否水平，而本題提供的步驟中正缺少對斜槽的調(diào)整其安裝、調(diào)整要求是：(a)斜槽末端應(yīng)伸出桌面邊緣之外；(b)斜槽末端切線應(yīng)水平，具體操作方法是：調(diào)整斜槽，并將小球放在斜槽末端，輕輕撥動(dòng)小球，若小球可停留在槽末端的任何位置，說明斜槽末端切線已調(diào)整呈水平因此，