高考物理创新案例(人教)实验五 探究平抛运动的规律

欢迎进入物理课堂 一 实验目的1 通过实验描出平抛物体运动的轨迹 2 学会测平抛运动初速度的方法 三 实验器材斜槽 附金属小球 木板及竖直固定支架 白纸 图钉 刻度尺 三角板 重锤 铅笔 四 实验操作1 步骤 1 把斜槽放在桌面上 让其末端伸出桌面外 调节末端使其切线水平固定 2 在带有支架的木板上 用图钉钉好白纸 并让竖放木板左上方靠近槽口 使小球滚下飞出后的轨道平面跟板面平行 如图实 5 1所示 图实 5 1 3 把小球飞离斜槽末端时的球心位置投影到白纸上 描出点O 过O用重垂线描出竖直方向 4 让小球每次都从斜槽上同一适当位置滚下 在粗略确定的位置附近 用铅笔较准确地确定小球通过的位置 并记下这一点 以后依次改变x值 用同样的方法确定其他各点的位置 2 数据处理 1 描轨迹把白纸从木板上取下来 用三角板过O作与竖直方向垂直的x轴 将一系列所描的点用平滑的曲线连接起来 五 注意事项1 实验中必须保持通过斜槽末端的切线水平 木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行 并使小球的运动靠近图板但不接触 2 小球必须每次从斜槽上同一位置由静止滚下 即在斜槽上固定一个挡板 每次都从挡板位置释放小球 3 坐标原点 小球做平抛运动的起点 不是槽口的端点 应是小球在槽口时 球心在木板上的水平投影点 4 要用平滑的曲线画出轨迹 舍弃个别偏差较大的点 5 要在斜槽上适当的高度释放小球 使它以适当的水平初速度抛出 其轨迹由图板左上角到达右下角 要在平抛轨迹上选取距O点远一些的点来计算小球的初速度 这样可以减小测量误差 六 误差分析1 安装斜槽时 其末端切线不水平 2 小球每次滚下的初位置不尽相同 3 建立坐标系时 以斜槽末端端口位置为坐标原点 实际上应是末端端口上的小球球心位置为坐标原点 4 空气阻力使小球不是真正的平抛 5 记录各点以及其坐标不够准确 例1 在做 研究平抛物体的运动 的实验时 除了木板 小球 斜槽 铅笔 图钉之外 下列器材中还需要的是 A 游标卡尺B 秒表C 坐标纸D 天平E 弹簧测力计F 重垂线 实验中 下列说法正确的是 A 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B 斜槽轨道必须光滑C 斜槽轨道末端可以不水平D 要使描出的轨迹更好地反映真实运动 记录的点应适当多一些E 为了比较准确地描出小球运动的轨迹 应该用一条曲线把所有的点连接起来 解析 实验中需确定竖直方向 故选重垂线 而准确确定平抛小球的竖直位移和水平位移需选用坐标纸 为保证小球每次做平抛运动初速度相同 应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下 故A正确 而轨道是否光滑只影响平抛初速度大小 不影响每次平抛初速度都相同 故B错误 轨道末端只有水平才能使抛体运动时初速度方向水平 故C错误 记录的点多一些 用平滑曲线连接各点而得到运动轨迹时误差就小一些 故D正确 E错 综上可知选A D 答案 CFAD 例2 甲 乙两同学在研究平抛运动规律的实验中 各自让钢球多次沿同一轨道运动 通过描点法画出钢球平抛运动的轨迹 1 甲同学在实验中得到A B C三点的坐标标记如图实 5 2甲所示 坐标原点为抛出点 其中 点的位置或坐标有明显错误 根据你认为正确的数据计算出钢球平抛的初速度为 g 10m s2 2 乙同学将斜槽轨道末端点取为坐标原点建立了坐标系并标出了相应坐标数值 如图乙所示 则钢球的半径为 cm 图实 5 2 答案 1 B1 0m s 2 1 图实 5 3 例3 利用单摆来研究平抛物体的运动 设计方案如图实 5 3所示 在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P 当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断 MN为水平木板 已知悬线长为L 悬点到木板的距离OO h h L 1 电热丝P必须放在悬点正下方的理由是 2 将小球向左拉起后自由释放 最后小球落到木板上的C点 O C s 则小球做平抛运动的初速度v0为 3 在其他条件不变的情况下 若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角 小球落点与O 点的水平距离s将随之改变 经多次实验 以s2为纵坐标 cos 为横坐标 得到如图实 5 4所示图象 则当 30 时 s为 m 若悬线长L 1 0m 悬点到木板间的距离OO 为 m 图实 5 4 1 下列哪些因素会使该实验的误差增大 A 小球与斜槽间有摩擦B 安装斜槽时其末端切线不水平C 建立坐标系时 y轴竖直D 根据曲线计算平抛运动初速度时 在曲线上取作计算的点离原点O较远 解析 只要小球是从同一位置滚下 即使小球与斜槽之间有摩擦 由于每次小球滚下时摩擦的情况是相同的 所以小球平抛的初速度也是相同的 斜槽末端不水平 小球的运动就不是平抛运动 y轴必须竖直 不然在y轴方向的运动就不是自由落体运动 取的点离原点远一些 计算更准确一些 因此应选B 答案 B 2 如图实 5 5所示 在研究平抛运动时 小球A沿轨道滑下 离开轨道末端 末端水平 时撞开轻质接触式开关S 被电磁铁吸住的小球B同时自由下落 改变整个装置的高度H做同样的实验 发现位于同一高度的A B两球总是同时落地 该实验现象说明了A球在离开轨道后 图实 5 5 A 水平方向的分运动是匀速直线运动B 水平方向的分运动是匀加速直线运动C 竖直方向的分运动是自由落体运动D 竖直方向的分运动是匀速直线运动 解析 该题的重要信息是 改变整个装置的高度H 发现A B两球总是同时落地 该信息源强调的是竖直方向上是自由落体运动 C正确 无法说明水平方向上是什么运动 答案 C 3 下面是做 研究平抛物体的运动 实验的步骤A 将钢球从斜槽上的某点释放 它离开槽后在空间做平抛运动 在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球 使球恰好从孔中央通过而不碰到边缘 然后对准孔中央在白纸上记下一点 B 以斜槽末端作为平抛运动的起点O 在白纸上标出O的位置 C 取下白纸 在纸上画一条与竖直线Oy垂直的水平直线Ox D 用光滑曲线把记录小球通过的位置的若干点连接起来 就得到平抛运动的轨迹 由于测定各个点时存在误差 所画的曲线可不通过个别偏差大的点 但必须保持曲线光滑 不允许出现凹陷处 E 从斜槽上不同点释放小球 用步骤A的方法确定平抛轨迹上的其他点 F 在曲线上取5 6个点 不必是步骤A测出的点 用尺测出每个点的坐标值x y 分别求出小球的初速度 然后取平均值就得到实验测出的初速度 G 靠目测在纸上画出O点向下的竖直线Oy H 将白纸用图钉钉在竖直的木板上 在木板的左上角固定斜槽 1 以上实验步骤有错误或不足 需要修改的是 2 以上实验步骤修改后 正确的排列顺序应是 解析 1 步骤B中应将小球处于斜槽末端时球心位置作为平抛运动的起点及坐标原点 步骤E中从相同位置释放小球 步骤G中利用重锤线画出竖直线Oy 2 HBGAECDF 答案 见解析 4 在做 研究平抛物体的运动 的实验中 为了确定小球在不同时刻所通过的位置 实验时用如图实 5 6所示的装置 先将斜槽轨道的末端调整水平 在一块平木板表面钉上复写纸和白纸 并将该木板竖直立于紧靠槽口处 使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放 小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A 将木板向 图实 5 6 远离槽口方向平移距离x 再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放 小球撞在木板上得到痕迹B 又将木板再向远离槽口方向平移距离x 小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放 再得到痕迹C 若测得木板每次移动距离均为x 10 00cm A B间距离y1 4 78cm B C间距离y2 14 58cm g取9 80m s2 1 根据以上直接测量的物理量求得小球初速度为v0 用题中所给字母表示 2 小球初速度的测量值为 m s 5 2011 蚌埠模拟 某同学采用半径R 25cm的1 4圆弧轨道做平抛运动实验 其部分实验装置示意图如图实 5 7所示 实验中 通过调整使出口末端B的切线水平后 让小球从圆弧顶端的A点由静止释放 图乙是小球做平抛运动的闪光照片 照片中的每个正方形小格的边长代表的实际长度为4 85cm 已知闪光频率是10Hz 则根据上述的信息可知 图实 5 7 1 小球到达轨道最低点B时的速度大小vB m s 小球在D点时的竖直速度大小vDy m s 当地的重力加速度g m s2 2 小球在圆弧轨道上是否受到了摩擦力 填 受到 未受到 或 条件不足 无法确定 答案 1 1 941 949 7 2 受到 6 已知平抛物体运动在竖直方向做自由落体运动 在水平方向做匀速直线运动 某同学为了测定平抛运动的初速度 设计了如下实验 实验装置如图实 5 8所示 实验时先调整斜槽轨道 调节挡板到合适高度 并测出其相对抛出点O的竖直距离 即小球下落的高度 y 在水平挡板上铺上白纸 白纸上再覆盖复写纸 使小球从斜槽某一高度由静止释放 经过一段 图实 5 8 水平轨道后抛出 落在水平挡板上 由落点位置测出小球做平抛运动的水平位移x 即小球落在挡板上的位置与抛出点O的水平位移 然后依次均匀下移水平挡板的位置 让小球从斜槽上由静止释放 并测出小球下落高度以及水平射程 该同学共进行了六次测量 1 在实验操作时 为了确保小球做同一轨迹的平抛运动 必须调节斜槽的末端 控制小球从斜槽上 由静止释放 2 为了测出平抛运动的初速度 该同学根据所测到的数据以y为横坐标 以x2为纵坐标 在坐标纸上画出对应的图象 发现为过原点的直线 并测出直线斜率为k 已知当地的重力加速度为g 那么他所测得的小球做平抛运动的初速度v0 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全