第4章 实验五探究平抛运动特点&实验六探究向心力的大小与半径、角速度与质量的关系（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

实验五 探究平抛运动特点 一、实验原理 使小球做平抛运动,利用描点法描绘出小球的运动轨 迹,建立坐标系,测出轨迹曲线上某一点的坐标x和 y,由公式:x=v0t和y= 1 2gt 2,解得v0=x g2y. 二、实验器材 斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、 重垂线、三角板、铅笔、刻度尺. 三、实验步骤 1.将斜槽固定在实验桌上,使其末端伸出桌面,斜 槽末端的切线水平,如图所示. 2.用图钉将坐标纸固定在木板的左上角,把木板调 整到竖直位置,使板面与小钢球运动轨迹所在的 平面平行且靠近.把小钢球放在槽口(斜槽末端) 处,用铅笔记下小钢球在槽口时球心在坐标纸上 的水平投影点O,O 点即坐标原点.利用重垂线 画出过坐标原点的竖直线作为y轴,在水平方向 建立x轴. 3.使小钢球从斜槽上某一位置由静止滚下,小钢球 从斜槽末端飞出,先用眼睛粗略确定做平抛运动 的小钢球在某一x值处的y 值,然后让小钢球从 斜槽上同一位置由静止滚下,移动笔尖在坐标纸 上的位置,当小钢球恰好与笔尖正碰时,用铅笔 在坐标纸上描出代表小钢球通过位置的点.重复 几次实验,在坐标纸上描出一系列代表小钢球通 过位置的点. 4.取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列的点用平 滑的曲线连接起来,即可得到小钢球做平抛运动 的轨迹. 四、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,则应以抛 出点为坐标原点建立直角坐标系,且轨迹上各点 的坐标满足y=ax2 的关系,且同一运动轨迹上 a是一个特定的值. (2)验证方法 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,判断a值在误差允许的范围 内是否为一常数. 方法二:图像法 建立y-x2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y-x2 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的值. 2.计算平抛运动的初速度 (1)平抛运动轨迹完整(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=12gt 2,故v0=x g2y. (2)平抛运动轨迹残缺(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= hBC-hAB g ,初 速 度v0= x t = x ghBC-hAB . 五、误差分析 1.斜槽末端没有调节成水平状态,导致初速度未沿 水平方向. 2.坐标原点不够精确等. 3.空气阻力使小球的运动不是真正的平抛运动. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 250 六、注意事项 1.固定斜槽时,要保证斜槽末端的切线水平,保证 小球的初速度沿水平方向. 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.为保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止释 放,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. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 图甲是“研究平抛物体运动”的实验装置 图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹. 甲 (1)以下是实验过程中的一些做法,其中合理的 有 ac . a.安装斜槽轨道,使其末端保持水平 b.每次小球释放的初始位置可以任意选择 c.每次小球应从同一高度由静止释放 d.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线 连接 (2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨迹上取 一些点,以平抛起点O 为坐标原点,测量它们的 水平坐标x和竖直坐标y,图乙中y-x2图像能说 明平抛小球运动轨迹为抛物线的是 c . 乙 (3)图丙是某同学根据实验画出的平抛小球的运 动轨迹,O为平抛的起点,在轨迹上任取三点A、 B、C,测得A、B 两点竖直坐标y1 为5.0cm、y2 为45.0cm,A、B两点水平间距Δx为40.0cm. 则平抛小球的初速度v0 为 2.0 m/s(结果保 留两位有效数字,g取10m/s2). 丙 解析:(1)安装斜槽轨道时,必须使其末端保持水 平,保证小球离开轨道时水平飞出.为了描下轨 迹上的多个点,实验应重复多次,但每次小球平 抛的初速度必须相同,所以每次小球应从同一高 度由静止释放.描绘轨迹时,应该用平滑的曲线 把描的点连接起来.选项a、c正确. (2)若轨迹为抛物线,则轨迹方程为y=kx2,即y 与x2 成正比.选项C正确. (3)设从O 运动到A、B 两点所用时间分别为tA、 tB,由y= 1 2gt 2 得tA=0.1s,tB=0.3s v0= xB-xA tB-tA = 0.40.3-0.1m /s=2.0m/s. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 实验六 探究向心力的大小与半径、角速度与质量的关系 一、实验原理 采用控制变量法探究 1.使两物体的质量、转动的半径相同,探究向心力 的大小跟转动的角速度的定量关系. 2.使两物体的质量、转动的角速度相同,探究向心 力的大小跟转动的半径的定量关系. 3.使两物体的转动半径、转动的角速度相同,探究 向心力的大小跟物体质量的定量关系. 􀪋 􀪋 􀪋 350 二、实验器材 向心力演示仪如图所示 三、实验步骤 1.向心力的大小与哪些因素有关的定性分析 (1)在小物体的质量和角速度不变的条件下,改 变小物体做圆周运动的半径进行实验. (2)在小物体的质量和做圆周运动的半径不变的 条件下,改变小物体的角速度进行实验. (3)换用不同质量的小物体,在角速度和半径不 变的条件下,重复上述操作. 2.向心力与质量、角速度、半径关系的定量分析 匀速转动手柄,可以使塔轮、长槽和短槽匀速转 动,槽内的小球也就随之做匀速圆周运动.这时, 小球向外挤压挡板,挡板对小球的反作用力提供 了小球做匀速圆周运动的向心力.同时,小球压 挡板的力使挡板另一端压缩弹簧测力套筒里的 弹簧,弹簧的压缩量可以从标尺上读出,该读数 显示了向心力的大小. (1)把两个质量相同的小球放在长槽和短槽上, 使它们的转动半径相同.调整塔轮上的皮带,使 两个小球的角速度不一样.注意向心力的大小与 角速度的关系. (2)保持两个小球的质量不变,增大长槽上小球 的转动半径.调整塔轮上的皮带,使两个小球的 角速度相同.注意向心力的大小与半径的关系. (3)换成质量不同的小球,使两个小球的转动半 径相同.调整塔轮上的皮带,使两个小球的角速 度也相同.注意向心力的大小与质量的关系. (4)重复几次以上实验. 四、数据处理 1.m、r一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 ω ω2 2.m、ω一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 r 3.r、ω一定 序号 1 2 3 4 5 6 F向 m 4.分别作出F向-ω2、F向-r、F向-m 的图像. 五、注意事项 1.实验前应将横臂紧固,螺钉旋紧,以防球和其他 部件飞出造成事故. 2.实验时,不宜使标尺露出格数太多,以免由于球 沿滑槽外移引起过大的误差. 3.摇动手柄时,应力求加速缓慢,速度均匀. 4.皮带跟塔轮之间要拉紧. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 用如图所示的装置可以探究做匀速圆周运 动的物体需要的向心力的大小与哪些因素有关. (1)本实验采用的科学方法是 ( A ) A.控制变量法 B.累积法 C.微元法 D.放大法 (2)图示情景正在探究的是 ( D ) A.向心力的大小与半径的关系 B.向心力的大小与线速度大小的关系 C.向心力的大小与角速度大小的关系 D.向心力的大小与物体质量的关系 (3)通过本实验可以得到的结果是 ( C ) A.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小 与角速度的大小成正比 B.在质量和半径一定的情况下,向心力的大小与 线速度的大小成正比 C.在半径和角速度一定的情况下,向心力的大 小与质量成正比 D.在质量和角速度一定的情况下,向心力的大 小与半径成反比 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 450