第五章　3.实验：探究平抛运动的特点.docxVIP

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3.实验:探究平抛运动的特点

必备知识·实验认知

一、实验目的

1.得到平抛运动的轨迹。

2.探究平抛运动竖直方向和水平方向运动的特点。

二、实验思路

[思考]平抛运动是曲线运动,研究曲线运动的基本方法是什么?

提示:“化曲为直”,即运动的合成与分解。

1.基本思路:把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动。

2.平抛运动的分解方法

由于物体是沿着水平方向抛出的,在运动过程中只受到竖直向下的重力作用,可尝试将平抛运动分解

为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。

[思考]根据对平抛物体的受力分析,你对物体在水平方向和竖直方向的运动规律有怎样的猜想?

提示:平抛运动在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体运动。

三、实验器材

方案一:小锤、弹性金属片装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺。

方案二:频闪照相机、小钢球、铅笔、刻度尺、三角板。

方案三:平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。

关键能力·实验探究

实验方案

方案一:分别研究水平和竖直方向分运动的规律(对比分析法)

1.探究平抛运动竖直分运动的特点:

【实验步骤】

(1)如图,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动,同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动。

(2)观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后。

(3)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验,记录实验现象。

【数据收集与分析】

根据A球与B球落地时间的先后,得出平抛运动竖直分运动的规律。

[交流讨论]

探究平抛运动竖直分运动的特点时需要注意什么?

提示:①用小锤水平击打在弹性金属片中央位置,确保A球能够沿水平方向飞出;

②调节好平抛竖落仪,确保用小锤击打弹性金属片的同时B球被释放,自由下落;

③A、B两球选择体积小、质量大,且大小、材料、质量完全相同的小球;

④确保A、B两球运动前高度相同,且落到同一水平面上。

2.探究平抛运动水平分运动的特点:

【实验步骤】

(1)如图,钢球在斜槽M中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动(实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上)。

(2)钢球飞出后,落到挡板N上,在白纸上记录钢球此时的位置。

(3)上下调节挡板N,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。

(4)用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。

【数据收集与分析】

根据平抛运动的轨迹,设法确定相等的时间间隔,再看相等的时间内水平分运动的位移,进而确定水平分运动的规律。

[交流讨论]

探究平抛运动水平分运动的特点时需要注意些什么?

提示:①调节铁架台,通过观察重垂线,使铁架台底座水平,从而使挡板N水平,背板在竖直面内;

②斜槽的末端必须调节水平;

③钢球必须从同一位置滚下;

④钢球应选比较小的,使记录的位置尽量准确。

方案二:利用频闪照相法研究平抛运动规律

1.对频闪照片的分析

(1)如图甲所示是一个小钢球做平抛运动时的频闪照片。选第一个小钢球球心为原点建立坐标系,可每3个小钢球(不计初始位置的球)取1个球测量相对应的横坐标和纵坐标,如图乙所示。

(2)根据频闪照相的特点可知,若频闪周期为T,则每相邻两球的时间间隔相等,都是T,即图中OA、AB、BC对应的时间间隔就是3T。

(3)将所测的数据填入表格,分析小钢球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。

项目

O

A

B

C

横坐标

0

x1

x2

x3

纵坐标

0

y1

y2

y3

2.数据处理

(1)水平方向:数据满足x1-0=x2-x1=x3-x2=…,则说明小钢球在水平方向做匀速直线运动。

(2)竖直方向:根据坐标计算每一段时间间隔内的位移,然后计算出相邻相等时间内的位移差,若相等,则说明小钢球在竖直方向上做匀加速直线运动,由于竖直方向小钢球只受重力作用,加速度为g。如果O点是平抛运动轨迹的初始点,则竖直方向初速度为0,小钢球在竖直方向做自由落体运动。

方案三:描迹法研究平抛运动规律

1.实验步骤:

(1)安装调整斜槽:用图钉把白纸钉在竖直板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端的切线保持水平。

(2)调整木板:用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向,并使木板平面与小钢球下落的竖直面平行且靠近,固定好木板。

(3)确定坐标原点O:把小钢球放在槽口处,用铅笔记下球在槽口时球心在白纸上的水平投影点O,O即为坐标原点。

(4)描绘运动轨迹:在木板的平面上用手按住卡片,使卡片上有孔的一面保持水平,调整卡片的位置,使从槽上滚下的小钢球正好穿过卡片的孔,而不擦碰孔的边缘。用铅笔