實驗：研究物體平拋運動

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1、一、研究平拋物體的運動【重要知識提示】1．實驗目的、原理(1)實驗目的：(a)用描跡法描出平拋物體的運動軌跡；(b)求出平拋物體的初速度；(2)實驗原理：(a)平拋運動可以看作是由兩個分運動合成，一個是在水平方向上的勻速直線運動，其速度等于平拋物體運動的初速度，另一個是在豎直方向上的自由落體運動．(b)在水平分運動中，運用x=v?t；在豎直分運動中，運用y=1/2gt2或△y=gT2．2．實驗器材斜槽(附擋球板和鉛錘線)、水準儀、小鋼球、木板、豎直固定支架、刻度尺、三角板、白紙、圖釘、定點用的有孔卡片、重垂、鉛筆等說明定點用的有孔卡片的制作要求如圖5—1所示，在方形硬紙上沿中

2、間實線挖出一個孔，孔寬(A)應稍大于鋼球直徑，孔長(B)一般大于鋼球直徑．3．實驗步驟及安裝調整(1)描述平拋物體運動的軌跡：(a)將斜槽放在桌面上，讓其末端伸出桌面邊緣外．借助水準儀調節(jié)末端，使槽末端切線水平，隨之將其固定，如圖5—2所示．說明如果沒有水準儀，則可將鋼球放于槽的末端．調節(jié)斜槽后，輕輕撥動鋼球，若鋼球能在任何位置平衡，說明達到要求；(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的球心位置水平投影到白紙上描點O，并過。沿重垂線用直尺描出豎直方向；(d)選擇鋼

3、球從槽上滾下的合適初位置Q，在Q點放上擋球板；(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，當飛行的小球順利地穿過卡片上小孔時，在小孔靠近紙面所在處做上記號；重復該步驟，描下至少5個不同位置的對應點；(f)把白紙從木板上取下來，將前面描述的一系列點用平滑的曲線連接起來，即為小球平拋運動的軌跡．(2)求小球平拋的初速度：(a)以。為坐標原點，用三角板在白紙上建立z0夕坐標系；(b)在軌跡線上選取點M，并測出它的坐標值(z，y)，代人公式計算水平初速度；(c)再在曲線上選取不同點，重復步驟2(b)，測量、計算水平初速度，最后求出其平均值，即為小球平拋初速度的測

4、量值．4．注意事項(1)在調整安裝時，應保證斜槽末端切線水平，確保鋼球飛出后作平拋運動；應使木板(包括白紙)靠近槽口、豎直且與小球運動軌跡所在平面平行，確保運動小球靠近木板，但不接觸木板.(2)在實驗中應使用斜槽擋球板，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恰當，以便使小球的運動軌跡由木板左上角到右下角.(3)在取下白紙前，應在白紙上記下小球飛離槽口時球心位置0(鋼球球心在圖板上的水平投影點，而不是斜槽末端點的投影)，如圖5—3所示．確定坐標軸原點，并用重垂線過0作豎直線，以準確確定坐標系的y軸．(4)在軌跡曲線上選點時，應選離坐標原點稍遠的點用以測量計

5、算，這樣可減小誤差．【典型范例導析】【例1】在“研究平拋物體的運動”實驗中：(1)在安裝斜槽時，如何判斷其末端切線是否調整為水平?(2)由于需要通過多次釋放小球、描點，才能描繪小球的運動軌跡，那么在進行該步驟時應注意什么?解析(1)調節(jié)斜槽使其末端點的切線水平時，最好使用水準儀．如果沒有配備水準儀，則可借助小鋼球，將其放置于槽的末端，輕輕撥動后，若它能停留在放置的任意位置處，則說明達到要求．(2)在進行該步驟的操作中，應注意兩點：(a)釋放小球時，應選擇合適的初位置，最好使鋼球運動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，

6、因此，在實驗時，應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．點評研究高考實驗試題可知：近年來考查學生動手操作能力的試題幾乎年年都有，這充分體現(xiàn)了學生親自動手操作實驗的必要性．本例題以“研究平拋物體運動”實驗為例說明：為盡量減小實驗誤差，在對實驗器材的安裝、調整中，既要有嚴格的操作要求，又要有靈活處理的方法，學生手腦并用尤為必要．【例2】在“研究平拋物體運動”實驗中，某同學在建立直角坐標系時，有一處失誤．設他在安裝實驗裝置和進行其余的操作時準確無誤．(1)觀察如圖5—4，可知，他失誤之處是___________．(2)他根據(jù)記錄建立坐標

7、系，運用教材實驗原理測得的平拋初速度值與其真實值相比_______________．(選填“偏大”、“相等”或“偏小”)．解析(1)坐標系原點應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．而該同學卻錯誤地將坐標原點取在槽口處．(2)如圖5—5所示，正確的坐標系橫軸應建立在x’處，原點應在O’處．在軌跡上取點P，其坐標值真實值為(x’，y’)，測量值為(z，y)，其中y’>y，x’=x而當套用課本實驗原理而又錯取坐標原點時，該同學得到的測量值偏大．點評無論將坐標原點是取在飛離槽口的