第五章 实验6 探究平抛运动的特点-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮复习讲义（新教材，鲁科版）

实验6　探究平抛运动的特点 一、实验目的 1.用实验与理论进行探究、分析,认识平抛运动的规律。 2.用实验方法描绘出平抛物体的运动轨迹。 3.根据平抛物体的运动轨迹确定其初速度。 二、实验原理 平抛运动可看成两个分运动的合成: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,则水平方向上有x=v0t,竖直方向上有y=gt2,令小球做平抛运动,利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹,建立坐标系,测量出x、y,再利用公式可得初速度v0=x。 三、实验器材 斜槽、竖直固定在铁架台上的木板、铅笔、白纸、图钉、小球、刻度尺、重垂线。 四、实验步骤 1.按实验原理图甲安装实验装置,使斜槽末端水平。 2.以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。 3.使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,把笔尖放在小球可能经过的位置上,如果小球运动中碰到笔尖,就用铅笔在该位置画上一点。用同样方法,在小球运动路线上描下若干点。 4.将白纸从木板上取下,从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线,如图乙所示。 五、数据处理 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1)原理:若平抛运动的轨迹是抛物线,则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后,轨迹上各点的坐标具有y=ax2的关系,且同一轨迹上a是一个特定的值。 (2)实验方法。 方法一:代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标,分别代入y=ax2中求出常数a,看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数。 方法二:图像法 建立yx2坐标系,根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值,在yx2坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,并求出该直线的斜率即为a值。 2.计算平抛运动的初速度 (1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)。 在轨迹上任取一点,测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出初速度v0。因x=v0t,y=gt2,故v0=x。 (2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)。 如图所示,在轨迹上任取三点A、B、C,使A、B间及B、C间的水平距离相等,由平抛运动的规律可知,A、B间与B、C间所用时间相等,设为t,则 Δh=hBC-hAB=gt2,所以t=, 所以初速度v0==x。 六、误差分析 1.斜槽末端没有调节成水平状态,导致初速度不水平。 2.坐标原点不够精确。 3.轨迹上的描点不准确等。 七、注意事项 1.固定斜槽时,要保证斜槽末端的切线水平,保证小球的初速度水平。 2.固定木板时,木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 3.小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放,为此,可在斜槽上某一位置固定一个挡板。 4.要在斜槽上适当高度释放小球,使它以适当的水平初速度抛出,其轨迹由木板左上角到达右下角,这样可以减小测量误差。 5.坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投 影点。 6.计算小球的初速度时,应选距抛出点稍远一些的点为宜,以便于测量和计算。 考点一　基础性实验 [例1] [实验原理与操作] 用如图所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。 (1)下列实验条件必须满足的有　　　　。(多选)  A.斜槽轨道光滑 B.斜槽轨道末端水平 C.挡板高度等间距变化 D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 (2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系,取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的　　　　(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时　　 　　(选填“需要”或“不需要”)y轴与铅垂线平行。 (3)为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是　　　。(多选)  A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹 B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹 C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹 (4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体　　　　。  A.在水平方向上做匀速直线运动 B.在竖直方向上做自由落体运动 C.在下落过程中轨迹是抛物线 (1)固定斜槽时,必须保证斜槽末端的切线水平。 (2)小球平抛运动的起点不是斜槽末端,而是斜槽末端小球球心对应的位置