1、第5讲 实验：研究平抛物体的运动 第四章曲线运动 万有引力定律一、实验目的1.描出平抛物体的运动轨迹;2.从实验轨迹求平抛物体的初速度.二、实验原理1.用描迹法描出轨迹，即先用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值，然后用铅笔较准确地确定小球通过的位置，并在坐标纸上记下这一点.用此法确定多个这样的点，就可描出平抛物体的运动轨迹.2.平抛物体的运动可以视为两个分运动的合运动：一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.描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线后，建立直角坐标系，测出曲线上的某一点的坐标x和y，根据重力加速度g的数值，利用公式求出小球的飞行时间t，再利用
2、公式，求出小球的水平速度v0，即为小球做平抛运动的初速度.212ygt0 xvt三、实验器材平板、重垂线、铅笔、刻度尺、小球、弧形斜槽、白纸、有孔的硬纸片.四、实验步骤1.如图4-5-1，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，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明斜槽末端已水平.图4-5-12.调整木板：用悬挂在槽口的重垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直面平行.然后把重垂线方向记录到木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变.3.确定坐标原点O：把小球放在槽
3、口处，用铅笔记下球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，O点即为坐标原点.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，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置.保证小球每次从槽上开始滚下的位置都相同，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置.取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹.5.计算初速度：以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，并在曲线上选取几个不同的点，用刻度尺测出它们的坐标x和y，用公式和计算出小球的初速度v0
4、，最后计算出v0的平均值，并将有关数据记入表格内.212ygt0 xvt五、注意事项1.实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平，方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木板但不接触.2.小球必须每次从同一位置滚下，即在斜槽上固定一个挡板.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，球的球心在木板上的水平投影点.4.要在斜轨上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨道由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差.5.要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小.在“研究平抛物体的运动”实验中，正确
5、的操作是.A.为保证实验准确，先在斜槽的滑道上涂抹一些润滑油，以减小小球与槽的摩擦力B.固定斜槽时其底部末端的切线必须水平是为了保证小球的运动轨迹是一条平抛曲线C.在坐标纸上画坐标时，要选定斜槽底部末端所在的点为坐标原点，再画出x、y轴BE思考1D.实验中每次必须由静止释放小球，但释放的位置可以不同，记录小球位置的挡板一定得严格地等距离下移E.记录下小球通过不同位置的点后，用平滑的曲线画出运动轨迹，舍弃个别偏差较大的点图4-5-4为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分，图中背景方格的边长均为5cm.如果取g=10m/s2，那么:(1)闪光频率是Hz;(2)小球运动中水平分速度的大小是m/s;
6、(3)小球经过B点时的速度大小是m/s.例12.5101.5图4-5-4平抛物体的运动规律，匀变速直线运动规律.(1)由A、B，B、C之间的水平距离相等，而竖直方向距离之比为35知，小球由抛出点到达A点在竖直方向的位移为一个方格，即5cm.由得可知闪光频率(或在竖直方向，由saT2得，两点之间的时间间隔)212hgT20.1hTsg，110HzfT20.1sLTg(2)在t=0.1s内，小球的水平位移为35cm=15cm.由x=v0t知：(3)小球由抛出到经过B点的时间为0.2s,竖直分速度vy=gt=2m/s故2015 10m/s1.5m/s0.1xvt222201.52 m/s2.5m/s
7、 Byvvv某同学利用图4-5-5甲所示装置做“研究平抛运动”的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，剩余部分如图4-5-5乙所示，图4-5-5乙中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0.10 m，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等.例2图4-5-5完成下列填空：(重力加速度取9.8 ms2)(1)设P1、P2和P3的横坐标分别为x1、x2和x3，纵坐标分别为y1、y2和y3，从图乙中可读出|y1-y2|=m，|y1-y3|=m，|x1-x2|=m(保留两位小数).(2)若已测知抛出后小
8、球在水平方向上做匀速运动.利用（1）中读取的数据，求出小球从P1运动到P2所用的时间为s，小球抛出后的水平速度为ms（均可用根号表示）.0.600.23.00.600.60（3）已测得小球抛出前下滑的高度为0.50 m,设E1和E2分别为开始下滑时和抛出时的机械能，则小球从开始下滑到抛 出 的 过 程 中 机 械 能 的 相 对 损失，100%=%(保留两位有效数字).考查研究平抛运动的实验.121EEE8.2(1)由图可知P1到P2两点在竖直方向的间隔为6格,P1到P3两点在竖直方向的间隔为16格,所以有|y1-y2|=0.60m,|y1y3|=1.60m.P1与P2两点在水平方向的距离为6格,则有|x1-x2|=0.60m.(2)由水平方向的运动特点可知P1到P2与P2到P3的时间相等,在竖直方向根据s=at2,解得时间约为0.2s,则有00.60 m/s3.0m/s.0.2xvt(3)设抛出点为势能零点,则开始下滑时的机械能为E1=mgh=mg/2=4.9m,抛出时的机械能为则根据22014.5,2Emvm1210.0828.2%.EEE
