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学案3 实验:研究平抛运动
一、实验目的
1.用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹.
2.根据轨迹研究平抛运动的特点并求初速度.
二、实验原理
平抛物体的运动可以看做是由两个分运动合成的,即水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动.
使小球做平抛运动,利用描迹法描出小球的运动轨迹,建立坐标系,测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y,根据公式:x=v0t和y=12gt2,就可求得v0=xg2y,即为小球做平抛运动的初速度.
三、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.
四、实验步骤
1.安装调平:将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上,其末端伸出桌面外,轨道末端切线水平.如图1所示.
图1
2.建立坐标系:用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角,把木板调整到竖直位置,使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近,把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O,O点即为坐标原点,用重垂线画出过坐标原点的竖直线,作为y轴,画出水平向右的x轴.
3.确定球位置:将小球从斜槽上某一位置由静止滑下,小球从轨道末端射出,先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值,然后让小球由同一位置自由滚下,在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的位置,并在坐标纸上记下该点.用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置.
4.描点得轨迹:取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列点,用平滑曲线连起来,即得到小球平抛运动的轨迹.
五、数据处理
1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线
(1)如图2所示,,在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3……把线段OA1的长度记为l,那么OA2=2l、OA3=3l……,由A1、A2、A3……向下作垂线,垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3……如果轨迹的确是一条抛物线,M1、M2、M3……各点的y坐标与x坐标之间的关系应该具有y=ax2的形式(a是一个待定的常量).
图2
用刻度尺测量某点的x、y两个坐标,代入y=ax2中求出常量a(例如a=0.23,可以不写单位),于是知道了代表这个轨迹的一个可能的关系式(即y=0.23x2).
测量其他几个点的x、y坐标.如果各点的x、y坐标均满足同一关系式y=ax2(在误差允许范围内),则说明这条曲线确定是一条抛物线.
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