高中實(shí)驗(yàn) 第一講

高中物理張老師實(shí)驗(yàn)一研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．練習(xí)正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，學(xué)會(huì)利用打上點(diǎn)的紙帶研究物體的運(yùn)動(dòng)．2．掌握判斷物體是否做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的方法(Δx＝aT2)．3．測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．二、實(shí)驗(yàn)原理1．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(1)作用：計(jì)時(shí)儀器，每隔0.02s打一次點(diǎn)．(2)工作條件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器：4V～6V交流電源,電火花計(jì)時(shí)器：220V交流電源))(3)紙帶上點(diǎn)的意義：①表示和紙帶相連的物體在不同時(shí)刻的位置．②通過(guò)研究紙帶上各點(diǎn)之間的距離，可以判斷物體的運(yùn)動(dòng)情況．③可以利用紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)確定計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔．2．利用紙帶判斷物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方法(1)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)不同時(shí)刻的速度分別為v1、v2、v3、v4、…，若v2－v1＝v3－v2＝v4－v3＝…，則說(shuō)明物體在相等時(shí)間內(nèi)速度的增量相等，由此說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，即a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(Δv1,Δt)＝eq\f(Δv2,Δt)＝….(2)沿直線運(yùn)動(dòng)的物體在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別為x1，x2，x3，x4…，若Δx＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3＝…，則說(shuō)明物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且Δx＝aT2.3．速度、加速度的求解方法(1)“逐差法”求加速度：如圖1所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)，且滿足x6－x5＝x5－x4＝x4－x3＝x3－x2＝x2－x1，即a1＝eq\f(x4－x1,3T2)，a2＝eq\f(x5－x2,3T2)，a3＝eq\f(x6－x3,3T2)，然后取平均值，即eq\x\to(a)＝eq\f(a1＋a2＋a3,3)，這樣可使所給數(shù)據(jù)全部得到利用，以提高準(zhǔn)確性．(2)“平均速度法”求速度：得到如圖2所示的紙帶，相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)，n點(diǎn)的瞬時(shí)速度為vn.即vn＝eq\f((xn＋xn＋1),2T).圖2“圖象法”求加速度，即由“平均速度法”求出多個(gè)點(diǎn)的速度，畫(huà)出v－t圖象，直線的斜率即加速度．三、實(shí)驗(yàn)器材電火花計(jì)時(shí)器(或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、紙帶、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、導(dǎo)線、電源、復(fù)寫(xiě)紙片．四、實(shí)驗(yàn)步驟1．儀器安裝(1)把附有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上沒(méi)有滑輪的一端，連接好電路．(2)把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把它的一端固定在小車(chē)的后面．實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3所示，放手后，看小車(chē)能否在木板上平穩(wěn)地加速滑行．圖32．測(cè)量與記錄(1)把小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后放開(kāi)小車(chē)，讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，換上新紙帶，重復(fù)三次．(2)從三條紙帶中選擇一條比較理想的，舍掉開(kāi)頭一些比較密集的點(diǎn)，從后邊便于測(cè)量的點(diǎn)開(kāi)始確定計(jì)數(shù)點(diǎn)，為了計(jì)算方便和減小誤差，通常用連續(xù)打點(diǎn)五次的時(shí)間作為時(shí)間單位，即T＝0.1s．正確使用毫米刻度尺測(cè)量每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，并填入設(shè)計(jì)的表格中(3)利用某一段時(shí)間的平均速度等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度求得各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度．(4)增減所掛鉤碼數(shù)，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次．3．?dāng)?shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出v－t圖象圖4①根據(jù)表格中的v、t數(shù)據(jù)，在平面直角坐標(biāo)系中仔細(xì)描點(diǎn)，如圖4圖4所示可以看到，對(duì)于每次實(shí)驗(yàn)，描出的幾個(gè)點(diǎn)都大致落在一條直線上．②作一條直線，使同一次實(shí)驗(yàn)得到的各點(diǎn)盡量落到這條直線上，落不到直線上的點(diǎn)，應(yīng)均勻分布在直線的兩側(cè)，這條直線就是本次實(shí)驗(yàn)的v－t圖象，它是一條傾斜的直線．圖5(2)由實(shí)驗(yàn)得出的v－t圖象進(jìn)一步得出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，有兩條途徑進(jìn)行分析圖5①分析圖象的特點(diǎn)得出：小車(chē)運(yùn)動(dòng)的v－t圖象是一條傾斜的直線如圖5所示，當(dāng)時(shí)間增加相同的值Δt時(shí)，速度也會(huì)增加相同的值Δv，由此得出結(jié)論：小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化．②通過(guò)函數(shù)關(guān)系進(jìn)一步得出：既然小車(chē)的v－t圖象是一條傾斜的直線，那么v隨t變化的函數(shù)關(guān)系式為v＝kt＋b，顯然v與t成“線性關(guān)系”，小車(chē)的速度隨時(shí)間均勻變化．五、注意事項(xiàng)1．交流電源的電壓及頻率要符合要求．2．實(shí)驗(yàn)前要檢查打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的穩(wěn)定性和清晰程度，必要時(shí)要調(diào)節(jié)振針的高度和更換復(fù)寫(xiě)紙．3．開(kāi)始釋放小車(chē)時(shí)，應(yīng)使小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．4．先接通電源，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作后，再放開(kāi)小車(chē)，當(dāng)小車(chē)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)及時(shí)斷開(kāi)電源．5．要區(qū)別打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的計(jì)時(shí)點(diǎn)與人為選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)，一般在紙帶上每隔四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，即時(shí)間間隔為T(mén)＝0.02×5s＝0.1s.6．小車(chē)另一端掛的鉤碼個(gè)數(shù)要適當(dāng)，避免因速度過(guò)大而使紙帶上打的點(diǎn)太少，或者速度太小，使紙帶上的點(diǎn)過(guò)于密集．7．選擇一條理想的紙帶，是指紙帶上的點(diǎn)跡清晰．適當(dāng)舍棄開(kāi)頭密集部分，適當(dāng)選取計(jì)數(shù)點(diǎn)，弄清楚相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間所選的時(shí)間間隔T.8．測(cè)x時(shí)不要分段測(cè)量，讀數(shù)時(shí)要注意有效數(shù)字的要求，計(jì)算a時(shí)要注意用逐差法，以減小誤差．考點(diǎn)一完善實(shí)驗(yàn)步驟例1在“測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的操作步驟如下，其中錯(cuò)誤的步驟有________．A．拉住紙帶，將小車(chē)移到靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處先放開(kāi)紙帶，再接通電源B．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在平板上，并接好電源C．把一條細(xì)繩拴在小車(chē)上，細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下面掛上合適的鉤碼D．取下紙帶E．將平板一端抬高，輕推小車(chē)，使小車(chē)能在平板上做加速運(yùn)動(dòng)F．將紙帶固定在小車(chē)尾部，并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔________________________________________________________________________將以上步驟完善并填寫(xiě)在橫線上(遺漏的步驟可編上序號(hào)G、H……)；實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序?yàn)椋篲_______________.例1ADG．換上新紙帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次BEFCADG考點(diǎn)二紙帶數(shù)據(jù)的處理例2(2010·廣東理綜·34(1))如圖6是某同學(xué)在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶．圖6(1)已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，則紙帶上打相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)_______．(2)ABCD是紙帶上四個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，從圖中讀出A、B兩點(diǎn)間距x＝________；C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度是________(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)．例2(1)0.02s(2)0.70cm0.100m/s圖7例3某同學(xué)為了探究物體在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力與斜面傾角的關(guān)系，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖7.長(zhǎng)直平板一端放在水平桌面上，另一端架在一物塊上．在平板上標(biāo)出A、B兩點(diǎn)，B點(diǎn)處放置一光電門(mén)，用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)擋光的時(shí)間．圖7實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用游標(biāo)卡尺測(cè)量滑塊的擋光長(zhǎng)度d，用天平測(cè)量滑塊的質(zhì)量m；②用直尺測(cè)量A、B之間的距離s，A點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h1，B點(diǎn)到水平桌面的垂直距離h2；③將滑塊從A點(diǎn)靜止釋放，由光電計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t；④重復(fù)步驟③數(shù)次，并求擋光時(shí)間的平均值eq\x\to(t)；⑤利用所測(cè)數(shù)據(jù)求出摩擦力Ff和斜面傾角的余弦值cosα；⑥多次改變斜面的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟②③④⑤，作出Ff－cosα關(guān)系曲線．(1)用測(cè)量的物理量完成下列各式(重力加速度為g)；①斜面傾角的余弦cosα＝________________；②滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v＝________；③滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度a＝______________；④滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的摩擦阻力Ff＝________.(2)測(cè)量滑塊擋光長(zhǎng)度的游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖8所示，讀得d＝________________.圖8例3(1)①eq\f(1,s)eq\r(s2－(h1－h(huán)2)2)②eq\f(d,\x\to(t))③eq\f(d2,2s\x\to(t)2)④mgeq\f(h1－h(huán)2,s)－meq\f(d2,2s\x\to(t)2)(2)3.62cm實(shí)驗(yàn)二牛頓第二定律的驗(yàn)證[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯1、學(xué)習(xí)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)與使用；2、熟悉光電門(mén)、數(shù)字計(jì)時(shí)器的使用；3、研究力、質(zhì)量和加速度之間的關(guān)系，驗(yàn)證牛頓第二定律。[實(shí)驗(yàn)儀器]氣墊導(dǎo)軌，數(shù)字計(jì)時(shí)器或電腦通用計(jì)數(shù)器，托盤(pán)天平，微音潔凈氣泵等。[實(shí)驗(yàn)原理]驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)都是在某一理論結(jié)果已知的條件下進(jìn)行的,所謂驗(yàn)證是指實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和理論結(jié)果完全一致，但這種一致實(shí)質(zhì)上是在實(shí)驗(yàn)裝置、方法存在誤差范圍內(nèi)的一致，若實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果之差超出了實(shí)驗(yàn)誤差的范圍，則不能說(shuō)驗(yàn)證了理論的正確性，此時(shí)或者否定驗(yàn)證方法的可靠性，或者懷疑理論本身的正確性，但無(wú)論怎樣由一次實(shí)驗(yàn)或一種實(shí)驗(yàn)裝置得出這種結(jié)論都是非常困難的，要做大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn)才能得到科學(xué)正確的結(jié)論，切不可草率地下結(jié)論．即使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果之差在實(shí)驗(yàn)的誤差之內(nèi)，也不能武斷地認(rèn)為一定驗(yàn)證了理論的正確性往往隨著實(shí)驗(yàn)水平的提高而發(fā)現(xiàn)了理論上的不足之處，從而推動(dòng)了理論工作的不斷發(fā)展．因此驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是屬于難度很大的一類(lèi)實(shí)驗(yàn)．驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可分兩大類(lèi)：一是直接驗(yàn)證，一是間接驗(yàn)證．本實(shí)驗(yàn)屬于直接驗(yàn)證，所謂直接驗(yàn)證是對(duì)理論所涉及的物理量都能在實(shí)驗(yàn)中直接測(cè)定，并能研究它們之間的定量關(guān)系．牛頓第二定律指出，對(duì)于一定質(zhì)量的物體，其所受的合外力F和物體所獲得的加速度之間存在如下關(guān)系：（2-3-1）為了研究問(wèn)題的方便，實(shí)驗(yàn)分兩步進(jìn)行：當(dāng)保持物體的質(zhì)量不變時(shí)，研究加速度與合外力之間關(guān)系；當(dāng)保持物體所受的合外力不變時(shí)，研究加速度與物體質(zhì)量之間關(guān)系。圖2-3-1取滑塊質(zhì)量為，砝碼和托盤(pán)的質(zhì)量為，細(xì)線（不可伸長(zhǎng)）為一力學(xué)系統(tǒng)，如圖2-3-1所示，為細(xì)線中的張力。則有：（2-3-2）則系統(tǒng)受合外力為：（2-3-3）令，得（2-3-4）氣墊導(dǎo)軌是為消除摩擦而設(shè)計(jì)的一種力學(xué)儀器，它利用氣源將壓縮空氣打入導(dǎo)軌腔中，導(dǎo)軌表面的氣孔噴出的壓縮氣流，使導(dǎo)軌表面和滑塊之間形成一層非常薄的“氣墊”，將滑塊托起，這樣可以認(rèn)為滑塊在導(dǎo)軌表面上的運(yùn)動(dòng)看成近似無(wú)摩擦的直線運(yùn)動(dòng)。[實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟]一、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備1、接通數(shù)字計(jì)時(shí)器，安裝光電門(mén)，使光電門(mén)之間相距50cm。2、調(diào)水平氣墊導(dǎo)軌（閱讀儀器說(shuō)明）：接通氣源，把滑塊放在導(dǎo)軌某處，用手輕輕地把滑塊放在導(dǎo)軌上放開(kāi)，調(diào)節(jié)水平螺釘，使滑塊能在導(dǎo)軌上靜止；或稍有滑動(dòng)，但不總是向同一方向滑動(dòng)即可；或?qū)廛壟c毫秒計(jì)配合進(jìn)行調(diào)平，接通電源，毫秒計(jì)功能選擇在“”檔，讓滑塊以一定的速度運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的速度相對(duì)不確定度不超過(guò)3%即可。3、用酒精擦洗氣墊導(dǎo)軌表面。4、滑塊兩端裝上掛鉤架，將拴在砝碼桶上的細(xì)線，跨過(guò)滑輪上的方孔掛在滑塊的座架上，連線長(zhǎng)度保證砝碼桶剛著地，滑塊要能通過(guò)靠近滑輪一側(cè)的光電門(mén)。5、在數(shù)字計(jì)時(shí)器上選擇相應(yīng)的功能。二、質(zhì)量一定，研究加速度與力之間的關(guān)系1、保持M不變；2、改變力F四次：每次從滑塊上取下一個(gè)砝碼，放在砝碼桶（或砝碼托盤(pán)上），注意不能超過(guò)砝碼桶最大限量。3、每改變一次力，滑塊從同一位置靜止釋放，測(cè)加速度4次，記下每次加速度的值。4、記錄各數(shù)據(jù)于表2-3-1中。(三)作用力一定，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系1、拉力一定（如加3個(gè)砝碼）；2、改變滑塊的質(zhì)量四次，記下加速度的值。3、每改變一次質(zhì)量，滑塊從同一位置靜止釋放，測(cè)加速度4次，記錄每次加速度的值。填入數(shù)據(jù)記錄表2-3-2中。[數(shù)據(jù)記錄及處理]一、質(zhì)量保持不變，=。表2-3-1次數(shù)()()()()()1、根據(jù)此表數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上作出；2、根據(jù)所畫(huà)曲線，得出什么樣的結(jié)論。3、對(duì)結(jié)論作出分析。二、保持力不變，=。表2-3-2次數(shù)()()()()()1、根據(jù)此表數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上作當(dāng)曲線，得出結(jié)論：2、根據(jù)所畫(huà)曲線，得出什么樣的結(jié)論。3、對(duì)結(jié)論作出分析。[注意事項(xiàng)]1、先調(diào)平氣墊導(dǎo)軌，通氣后放滑塊，結(jié)束時(shí)先取下滑塊，后關(guān)掉氣源，不應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間供氣，以免氣源溫度過(guò)高，縮短使用壽命；2、兩滑塊碰撞要作對(duì)心碰撞，切勿斜撞，防止滑塊從氣墊導(dǎo)軌上掉下；3、擋片必須通過(guò)光電門(mén)進(jìn)行擋光，才能計(jì)時(shí)；4、改變滑塊質(zhì)量時(shí)，應(yīng)對(duì)稱(chēng)地加減配重塊。[儀器介紹]（一）氣墊導(dǎo)軌一、氣墊導(dǎo)軌簡(jiǎn)介氣墊導(dǎo)軌裝置如圖2-3-2所示。圖2-3-2氣墊導(dǎo)軌示意圖氣墊導(dǎo)軌是一根方形(或三角形)鋁合金型材結(jié)構(gòu)的管體，全長(zhǎng)約1580mm，兩個(gè)軌面互成直角，經(jīng)過(guò)精細(xì)加工，有較高的平直度和表面光潔度，每個(gè)軌面上均勻分布著直徑為0.6mm的噴氣孔。氣泵將壓縮空氣從導(dǎo)軌一端的進(jìn)氣管送入，空氣通過(guò)導(dǎo)軌表面的噴氣孔向外噴射，在滑塊與導(dǎo)軌之間形成一定厚度的“氣墊”，將滑塊托起，使滑塊能在導(dǎo)軌上做近似無(wú)摩擦的運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)闅鈮|導(dǎo)軌內(nèi)腔的壓縮空氣通過(guò)導(dǎo)軌面上的噴氣孔作用于滑塊下部，在滑塊的上下部間便形成了一定的壓力差，這個(gè)壓力差超過(guò)滑塊本身的自重時(shí)，滑塊便浮起，滑塊與導(dǎo)軌之間就形成了氣膜，氣膜內(nèi)的氣體向四周流出使其氣壓降低，當(dāng)滑塊上下部的壓力差等于滑塊自重時(shí)，氣膜厚度就保持在一定的數(shù)值。一般氣膜厚度大約在10～200μm之間。氣膜厚度取決于氣墊導(dǎo)軌的制造精度、滑塊的重量和氣源流量的大小；而氣膜厚度過(guò)大時(shí)，滑塊在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生左右搖擺現(xiàn)象，使測(cè)量的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。二、氣墊導(dǎo)軌的主要附件1、滑塊：共三個(gè)，裝有碰簧、擋光片夾等，它與導(dǎo)軌配套使用，不可隨意調(diào)換?；瑝K兩端的彈簧與氣墊導(dǎo)軌端座的彈簧，校準(zhǔn)到發(fā)生對(duì)心碰撞。如果碰撞偏斜，滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)左右搖擺，造成能量損失，產(chǎn)生較大的實(shí)驗(yàn)誤差。2、擋光片：擋光片安裝在滑塊上，隨滑塊一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，擋光片阻擋光電門(mén)的光路，使數(shù)字計(jì)時(shí)器“開(kāi)始計(jì)時(shí)”或“停止計(jì)時(shí)”。擋光片形狀有，“U”型（開(kāi)口）和條形（不開(kāi)口）兩種，如圖2-3-3所示。擋光片的寬度d，對(duì)于“U”型擋光片是第一前沿到第二前沿的距離，即“1”和“3”之間的距離；對(duì)于條形擋光片即為其寬度。12341234dd(a)(b)圖2-3-3(a)“U”型擋光片；(b)條形擋光片3、光電門(mén)：共兩個(gè)，內(nèi)裝發(fā)光二極管及光敏二極管，能將擋光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用來(lái)控制數(shù)字計(jì)時(shí)器的“開(kāi)始計(jì)時(shí)”或“停止計(jì)時(shí)”。4、氣墊滑輪：滑輪的表面上有噴氣孔，噴出的氣流在滑輪表面與跨在表面上的膠帶之間形成氣墊，使膠帶在滑輪面上做無(wú)摩擦的滑動(dòng)。5、碰簧：位于導(dǎo)軌面的兩端。當(dāng)滑塊上的碰簧與之相撞時(shí)起緩沖作用。6、高度調(diào)節(jié)旋鈕：用于調(diào)節(jié)導(dǎo)軌左右、前后水平。7、進(jìn)氣管：氣源和氣墊導(dǎo)軌相連接的波紋管，將一定壓強(qiáng)的氣流輸進(jìn)導(dǎo)軌內(nèi)部。8、標(biāo)尺：固定在導(dǎo)軌上用來(lái)指示光電門(mén)、滑塊的位置及間距等。9、配重塊：每組八塊，每塊質(zhì)量為(25.0±0.5)g，用以調(diào)節(jié)滑塊的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)三：研究平拋運(yùn)動(dòng)一、水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 師：首先我們先來(lái)研究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。理論分析知平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是勻速直線運(yùn)動(dòng)。 師：綜合大家的思想，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方向是能夠觀察到初速度為的平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)與速度為的水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況相同。為此我們?nèi)蓚€(gè)物體，一個(gè)物體A以某一速度在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)物體B以同樣速度為初速度做平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)理論，結(jié)果應(yīng)該是AB兩物體水平方向的相對(duì)位置不變，如果兩物體出發(fā)點(diǎn)的水平坐標(biāo)相同，則在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中AB兩物體始終處于同一豎直方向，即水平位置始終相同。 師：根據(jù)這個(gè)思想，我這里有個(gè)實(shí)驗(yàn)案例供大家參考。兩個(gè)相同的弧形軌道上面分別裝有電磁鐵，將小球分別吸在電磁鐵上，然后切斷電源，兩球同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)， 仔細(xì)體會(huì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理，大家都來(lái)說(shuō)說(shuō)這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該又是什么？ 生：觀察到的結(jié)果應(yīng)該是兩球相撞。有條件的帶領(lǐng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的猜想。無(wú)條件的帶領(lǐng)學(xué)生觀看視頻動(dòng)畫(huà)。（平拋與勻速直線運(yùn)動(dòng)的比較） 【實(shí)驗(yàn)表明】:平拋運(yùn)動(dòng)水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是勻速直線運(yùn)動(dòng)。二、豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 師：接著我們研究平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。理論分析知平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是自由落體運(yùn)動(dòng)。兩樣請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論。 師：綜合大家的思想，為了驗(yàn)證這個(gè)結(jié)論，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方向是能夠觀察到從某高度H做平拋運(yùn)動(dòng)的物體豎直方向的運(yùn)動(dòng)跟從同一高度H自由下落的物體的運(yùn)動(dòng)情況相同。為此我們?nèi)蓚€(gè)物體，主要就是取兩個(gè)物體，一個(gè)物體A從某一高度H做自由落體運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)物體B以某一速度從同一高度H做平拋運(yùn)動(dòng)，如果它們同時(shí)出發(fā)，根據(jù)理論，結(jié)果應(yīng)該它們豎直方向運(yùn)動(dòng)情況一樣，AB兩物體豎直方向的相對(duì)位置不變，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中AB兩物體始終處于同一水平方向，即豎直位置始終相同。 師：根據(jù)這個(gè)思想，我這里有個(gè)實(shí)驗(yàn)案例供大家參考。用小錘打擊彈簧金屬片，金屬片把A球沿水平方向拋出，同時(shí)B球被松開(kāi)，自由下落。A、B兩球同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。 仔細(xì)體會(huì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理，大家都來(lái)說(shuō)說(shuō)這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該又是什么？ 生：觀察到的結(jié)果應(yīng)該是兩球同時(shí)落體，因?yàn)閷?duì)于“同時(shí)”用眼睛不容易確定，但我們可以聽(tīng)聲音，如果是一個(gè)聲音，說(shuō)明同時(shí)落地。 【實(shí)驗(yàn)表明】:平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)自由落體運(yùn)動(dòng)。三、通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡 師：剛才的演示實(shí)驗(yàn)中，我們進(jìn)行的都是定性的觀察，如果要定量地對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，我們首先必須設(shè)法描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。 師：為了獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，我這里提供幾種方法供同學(xué)們自己選擇方法1：用水流研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。如圖，倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開(kāi)口的細(xì)管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細(xì)的硬管作為噴嘴。水從噴嘴中射出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。設(shè)法把它描在背后的紙上就能進(jìn)行分析處理了。插入瓶中的另一根細(xì)管的作用，是保持從噴嘴射出水流的速度不變，使其不隨瓶?jī)?nèi)水面的下降而減小。這是因?yàn)樵摴苌隙伺c空氣相通，A處水的壓強(qiáng)始終等于大氣壓，不受瓶?jī)?nèi)水面高低的影響。因此，在水面降到A處以前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱。方法2:用數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡 數(shù)碼相機(jī)大多具有攝像功能，每秒鐘拍攝約15幀照片?？梢杂盟臄z小球從水平桌面飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)的幾張連續(xù)照片。如果用數(shù)學(xué)課上畫(huà)函數(shù)圖象的方格黑板做背景，就可以根據(jù)照片上小球的位置在方格紙上畫(huà)出小球的軌跡。方法3:斜面、小槽、小球等實(shí)驗(yàn)儀器(實(shí)驗(yàn)室最常用的一種方法)實(shí)驗(yàn)圖如下：1、將平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器置于桌面，裝好平拋軌道，使軌道的拋射端處于水平位置。調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲，觀察重垂線或氣泡水準(zhǔn)，使面板處于豎直平面內(nèi)，卡好定位板。2、將描跡記錄紙襯墊一張復(fù)寫(xiě)紙或打字蠟紙，緊貼記錄面板用壓紙板固定在面板上，使橫坐標(biāo)x軸在水平方向上，縱坐標(biāo)y軸沿豎直方向向下(若用白紙，可事先用鉛筆在紙上畫(huà)出x、y坐標(biāo)軸線)，并注意使坐標(biāo)原點(diǎn)的位置在平拋物體(鋼球)的質(zhì)心(即球心)離開(kāi)軌道處。3、把接球擋板拉到最上方一格的位置。4、將定位板定在某一位置固定好。鋼球緊靠定位板釋放，球沿軌道向下運(yùn)動(dòng)，以一定的初速度由軌道的平直部分水平拋出。5、下落的鋼球打在向面板傾斜的接球擋板上，同時(shí)在面板上留下一個(gè)印跡點(diǎn)。6、再將接球擋板向下拉一格，重復(fù)上述操作方法，打出第二個(gè)印跡點(diǎn)，如此繼續(xù)下拉接球擋板，直至最低點(diǎn)，即可得到平拋的鋼球下落時(shí)的一系列跡點(diǎn)。7、變更定位板的位置，即可改變鋼球平拋的初速度，按上述實(shí)驗(yàn)操作方法，便可打出另一系列跡點(diǎn)。8、取下記錄紙，將各次實(shí)驗(yàn)所記錄的點(diǎn)分別用平滑曲線連接起來(lái)，即可得到以不同的初速度做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡圖線。如圖所示。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：（１）必須保證記錄面板處于豎直平面內(nèi)，使平拋軌道的平面靠近板面。（２）調(diào)節(jié)斜槽末端水平，使小球飛出時(shí)的速度是水平方向。可將小球放于此處調(diào)節(jié)到小球不會(huì)左右滾動(dòng)即可。（３）貼坐標(biāo)紙時(shí)，可以用重錘線幫助完成，使重錘線與坐標(biāo)紙的一條線重合，則這條線就是縱坐標(biāo)。（４）坐標(biāo)原點(diǎn)是斜槽末端處小球球心的位置。（５）每次從同一高度無(wú)初速釋放小球。（６）選取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)來(lái)測(cè)量x,y的值可減小誤差。描點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使視線與所描的點(diǎn)齊平。實(shí)驗(yàn)3改進(jìn)版在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球在不同時(shí)刻所通過(guò)的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用右圖所示的裝置，將一塊平木板釘上復(fù)寫(xiě)紙和白紙，豎直立于槽口前某處，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下，小球撞在木板上留下痕跡A；將木板向后移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止滑下，小球撞在木板上留下痕跡B；又將木板再向后移距離x，小球再?gòu)男辈凵暇o靠擋板處由靜止滑下，再得到痕跡C。以此也能得到軌跡。四、對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的研究 師：通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們手頭上已經(jīng)有了好幾條平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡了，根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡我們能得出平拋運(yùn)動(dòng)水平方向勻速，豎直方向自由落體這樣的結(jié)論嗎？怎樣判斷？ 生：能，根據(jù)理論如果物體做平拋運(yùn)動(dòng)，則任一時(shí)刻物體的坐標(biāo)應(yīng)該為（，），并且得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡方程，對(duì)于一個(gè)確定的平拋運(yùn)動(dòng)，是一個(gè)常量，所以平拋運(yùn)動(dòng)物體任一時(shí)刻的位置坐標(biāo)x、y應(yīng)該滿足。我們?cè)诘玫降钠綊佭\(yùn)動(dòng)軌跡上任選幾個(gè)點(diǎn)，測(cè)量出坐標(biāo)，看y與x2的比值是否是一個(gè)常量。如果是，說(shuō)明物體做的是平拋運(yùn)動(dòng)。五、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度 師：根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡如何求解平拋運(yùn)動(dòng)的初速度呢？ 生：根據(jù)公式有例1、平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：一是水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)；二是豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)。為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)，可做這樣的實(shí)驗(yàn)：如圖所示，用小錘打擊彈性金屬片，A球水平飛出，同時(shí)B球被松開(kāi)，做自由落體運(yùn)動(dòng)。兩球同時(shí)落到地面。則這個(gè)實(shí)驗(yàn)（）A．只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第一條 B．只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第二條C．不能