淺談平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

PAGEPAGE5淺談研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)湖北陳宏研究平拋物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理中的重要實(shí)驗(yàn)之一，高考復(fù)習(xí)時(shí)不但要掌握課本上介紹的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)處理方法，而且還要掌握研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)?？v觀歷年高考物理試題，很多實(shí)驗(yàn)試題都是考查學(xué)生對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的。下面就談?wù)勓芯科綊佭\(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。一、實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新要得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，有多種實(shí)驗(yàn)方法，下面介紹幾種新的實(shí)驗(yàn)方法。圖1水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。圖1水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。A如圖1，倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(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。可以用它拍攝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出小球的軌跡。方法3:在水平方向平移擋板法圖2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)刻所通過的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用如圖2所示的裝置，將一塊平木板釘上復(fù)寫紙和白紙，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。若測(cè)得木板每次后移距離x，A、B間距離y1，A、C間距離y2（g取9.80m/s2）根據(jù)以上直接測(cè)量的物理量可導(dǎo)出測(cè)小球初速度的公式為圖2方法4:在水平方向側(cè)移擋板法某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示，A是一塊平面木板，在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽（圖3中、……），槽間距離均為。把覆蓋復(fù)寫紙的白紙鋪貼在硬板B上。實(shí)驗(yàn)時(shí)依次將B板插入A板的各插槽中，每次讓小球從斜軌的一同位置由靜止釋放。每打完一點(diǎn)后，把B板插入后一槽中并同時(shí)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離。實(shí)驗(yàn)得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)，如圖4所示。圖3圖3圖4圖5圖5形（1）實(shí)驗(yàn)稀前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)雀裝置反復(fù)調(diào)胖節(jié)，直到_虧____。怕每次讓小球浴從同一位置睬由靜止釋放著，是為了_顏_____挨____。丹（2）每次怒將B板向內(nèi)扭側(cè)平移距離車，是為了_繞_____疫_(dá)___掛。吳（3）在圖詠4中繪出小蟲球做平拋運(yùn)酬動(dòng)的軌跡。努解析：（1趟）斜軌末端猶水平、A板但水平、插槽求P避0該P(yáng)輩0攪/躺垂直斜軌末看端正下，使陶小球每次作囑平拋運(yùn)動(dòng)的翻初速度都相彼同。字（2）使記徹錄紙上每?jī)蓛旤c(diǎn)之間的水建平距離等于伴小球在水平蘆方向?qū)嶋H運(yùn)賞動(dòng)的距離。揀（3）如圖登5所示該二、實(shí)驗(yàn)數(shù)野據(jù)處理方法翠的創(chuàng)新繡1.x、y俯軸都畫出，藏坐標(biāo)原點(diǎn)未研畫出的數(shù)據(jù)什處理置例1.造忠在研究平拋熔運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)氏中，用一張盈印有小方格羅的紙記錄軌經(jīng)跡，小方格其的邊長(zhǎng)為麻，若小球在竊平拋運(yùn)動(dòng)途棵中的幾個(gè)位猛置如圖6中唐的吐a字、籃b站、鴿c蚊、艇d維所示，則小榜球平拋的初史速度的計(jì)算泛式為伯=____紅_塊（用狐L撇，庸g手表示），其蜘值為糖_____聚_檢（取根g=9.8枝m/撫）。圖6姿分析與解：狐根據(jù)題意，臭仔細(xì)審查圖悟中刺a你、捉b鋸、妨c斜、非d技四點(diǎn)的相對(duì)料位置，發(fā)現(xiàn)蒸相鄰的兩點(diǎn)踏間的水平距惡離均為士2重L劃，這里就隱吩含著刪“陡物體在相鄰劑的兩點(diǎn)間運(yùn)昂動(dòng)時(shí)間相等栽”震的條件，設(shè)刃這相等時(shí)間自為聾，由于豎直圾方向是加速板度為視g排的勻加速運(yùn)發(fā)動(dòng)，由徐可得跌，再由水平具方向是勻速避運(yùn)動(dòng)得采，聯(lián)立上述或兩式解得吵。圖6y圖7氧2.y軸畫壽出，x軸和販坐標(biāo)原點(diǎn)都月未畫出的數(shù)送y圖7租例2.去某同學(xué)在做省平拋物體運(yùn)皆動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)綿，不慎未定遍好原點(diǎn)，只擱畫了豎直線澡，而且只描像出了平拋物婦體的后一部魔分軌跡，如賊圖7所示。隊(duì)依此圖只用箱一把刻度尺恭，如何計(jì)算品出平拋物體恩的初速度奔v肚0胸?yy2y1ABCΔxΔx圖8訴分析與解：壺為了求出平丑拋物體的初隨速度，要畫退出三條等距緩（難Δ蕩x）、平行雙于y軸的豎都直線與軌跡狀交于A、B噸、C三點(diǎn)，騎如圖8所示揪。然后分別餡過A、B、斤C三點(diǎn)作三哀條水平直線接，A、B兩飄點(diǎn)豎直距離備為y溝1握,A、B兩戲點(diǎn)豎直距離婆為y巨1小,A、C兩鹿點(diǎn)豎直距離墻為y敵yy2y1ABCΔxΔx圖8哥3.x軸畫驗(yàn)出，y軸和筑坐標(biāo)原點(diǎn)都悲未畫出的數(shù)殊據(jù)處理圖9械例3.界某同學(xué)做徒“著研究平拋運(yùn)角動(dòng)規(guī)律棟”毀的實(shí)驗(yàn)時(shí)，李只在白紙上伍畫出了與初夢(mèng)速度也v恰0鹽平行的O緣x詞軸，以及做蓋平拋運(yùn)動(dòng)小弦球的一部分噸軌跡，忘了喬畫坐標(biāo)原點(diǎn)循和Oy軸，配如圖9所示鴨。在這種情孤況下，若只喇用刻度尺，藍(lán)如何求得該尤小球的初速影度裙v趕0鞭？圖9銷（1僚）寫出測(cè)量傷的主要步驟鳳和需要測(cè)量膜的物理量，千并在圖上標(biāo)軌出有關(guān)物理鴨量的符號(hào)；卵（2）用抗測(cè)得的物理添量和有關(guān)常蠢量，寫出計(jì)惰算該小球初戀速度狡v飼0歷的表達(dá)式嘆v填0準(zhǔn)=葬視抓.Ox圖10xxy1y2恥分析與解：使(1)抹在該運(yùn)動(dòng)軌因跡上取相鄰捷的兩個(gè)點(diǎn)間贏的水平距離辟相等的三個(gè)撞點(diǎn)危A、B、C眾；測(cè)出相逮鄰兩個(gè)點(diǎn)間侮的水平距離踩xOx圖10xxy1y2(2)尚4.利用頻介閃照片進(jìn)行季數(shù)據(jù)處理圖11票例4.翁如圖11所但示，是用閃傭光燈照相法尋攝的一個(gè)平圍拋小球的照妻片，照相機(jī)犯每隔相等時(shí)趟間曝光一次職，拍照時(shí)，峰不能保持底員片的上邊緣威是水平，請(qǐng)努用合理的辦慰法確定圖中魯重力加速度搶方向（保留貝作圖痕跡）妻。若圖距與賴實(shí)際距離之彼比為1：1槽0。在這種蟻情況下，若惠只用刻度尺憶，如何求得騎該小球的初刊速度蒜v同0妙和曝光時(shí)間引間隔T？(來重力加速度寺g已知)圖11奏（1鳥）寫出測(cè)量宅的主要步驟逆和需要測(cè)量灣的物理量，肅并在圖上標(biāo)朱出有關(guān)物理碎量的符號(hào)；鑒（2）用腿測(cè)得的物理旋量和有關(guān)常育量，寫出計(jì)密算該小球初先速度棄v喝0堡的表達(dá)式氧v瞎0點(diǎn)=腫邊攀.圖12xyΔxΔxy1y2帳分析與解：騙把首末兩點(diǎn)類相連并且三掌等份，各等匪份點(diǎn)與對(duì)應(yīng)焦順序的照片圖12xyΔxΔxy1y2鑒用刻度尺測(cè)督出圖中的漿Δ萌x和y婦1舞、y嶄2貿(mào),則有:,解得,頁(yè)三、實(shí)驗(yàn)?zāi)盔f的的創(chuàng)新翼1.利用平拋拋運(yùn)動(dòng)測(cè)子孝彈的速度圖13圖14企例5.牽試根據(jù)平拋逼運(yùn)動(dòng)原理設(shè)棄計(jì)測(cè)量彈射器器彈丸出射靠初速度方法芳。提供實(shí)驗(yàn)敘器材：彈射禮器(含彈丸截，如圖13拾所示。鐵架炸臺(tái)(帶有夾鑰圖13圖14借(1)在方逗框中畫出實(shí)畢驗(yàn)示意圖。冊(cè)(2)在安堂裝彈射器時(shí)倘應(yīng)注意：_蓬_____拐_____陜。碎(3)實(shí)驗(yàn)炮中需要測(cè)量式的量(并在厚示意圖中用叮字母標(biāo)出)跨：____它__。災(zāi)(4)由于健彈射器每次王射出的彈丸培初速度不可潤(rùn)能完全相等偵，在實(shí)驗(yàn)中燃應(yīng)采取的方繪法是___知?dú)q宗章承。冶(5)計(jì)算重公式：__親_____廊_____夾_____駕_____濃_。喉分析與解：現(xiàn)委彈射器只有襖保持水平，晝彈出的彈丸斥的運(yùn)動(dòng)才是戚平拋運(yùn)動(dòng)，腫則下降的豎畜直高度y，尊可以利用撈，求出平拋刷運(yùn)動(dòng)的時(shí)間狐；測(cè)出水平沈位移，可求鴨出水平速度典，進(jìn)行多次筒實(shí)驗(yàn)，求平仆均值減小誤釘差。助（1）實(shí)驗(yàn)錢示意圖如圖恭14所示；慨（2）彈射槳器必須保持插水平；預(yù)（3）彈丸結(jié)下降高度y瀉和水平射程躁；尺（4）在不嗽變高度y的受條件下進(jìn)行租多次實(shí)驗(yàn)，郵測(cè)量水平射徒程x，得出譜平均水平射轟程商；圖15（5）圖15爺2.利用平帥拋運(yùn)動(dòng)測(cè)彈既性勢(shì)能道例6、為了嗓測(cè)定一根輕喚彈簧壓縮最瘋短時(shí)儲(chǔ)存的次彈性勢(shì)能大腸小，可以將及彈簧固定在娘一帶有凹槽蔑軌道一端，償并將軌道固衫定在水平桌趨面邊緣上，辭如圖15所蹈示，用鋼球婦將彈簧壓縮蠟至最短，而槳后突然釋放化，鋼球?qū)⒀鼗壍里w出桌鏈面，實(shí)驗(yàn)時(shí)柔：虛(1)需要咬測(cè)定的物理尊量是___淡____；塔(2)計(jì)算奉彈簧最短時(shí)躬彈性勢(shì)能的舟關(guān)系式是E品P繭=____維__。枕分析與解：奸趣要求彈簧的津彈性勢(shì)能，清因只有彈簧奴的彈力對(duì)小暈球做功，則捏彈簧的彈性略勢(shì)能等于小志球離開桌面貌時(shí)的動(dòng)能。額要求小球離輝開桌面時(shí)間捉的動(dòng)能，則違就要求出小龍球離開桌面級(jí)時(shí)的速度。套求小球離開撕桌面的速度毒，則需要根月?lián)綊佭\(yùn)動(dòng)泡的有關(guān)知識(shí)斜來解。伯懲(1)需偶要測(cè)定的物嘗理量是桌子睛的高度h，喪鋼球落地點(diǎn)刺跟桌子邊緣器的水平距離程s；食(2)瓣彈簧最短時(shí)酒彈性勢(shì)能的故關(guān)系式是拉3.利用平捐拋運(yùn)動(dòng)測(cè)拿水泵流量圖16媽例7、芬物理學(xué)是很言實(shí)用的一門彎學(xué)科，在工灑農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中寇有許多運(yùn)用拜。請(qǐng)你用所哭學(xué)的物理知直識(shí)幫助農(nóng)民帳估測(cè)出農(nóng)用啊水泵的流量磚（辰在單位時(shí)間節(jié)內(nèi)通過流管養(yǎng)橫截面的流御體體積稱為期流量）錯(cuò)。已知水泵為的出水管是蜂水平的，且置出水管外徑為在10cm蟻?zhàn)笥摇Ｌ峁┮龅膶?shí)驗(yàn)器材蒸有：一把鋼霉卷尺、游標(biāo)體卡尺、螺旋諒測(cè)微器、一炸長(zhǎng)直細(xì)木棒武和一重錘線根。圖16葉（1）寫出炮測(cè)量的主要宜步驟和