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1、浅谈研究平抛运动实验的创新设计湖北 陈宏研究平抛物物体运动动的实验验是中学学物理中中的重要要实验之之一，高高考复习习时不但但要掌握握课本上上介绍的的实验原原理、实实验器材材、实验验步骤及及数据处处理方法法，而且且还要掌掌握研究究平抛运运动实验验的创新新设计。纵纵观历年年高考物物理试题题，很多多实验试试题都是是考查学学生对中中学物理理实验的的创新设设计的。下下面就谈谈谈研究究平抛运运动实验验的创新新设计。一、实验方方法的创创新要得到平抛抛运动的的轨迹，有有多种实实验方法法，下面面介绍几几种新的的实验方方法。图1水平喷出的细水柱显示平抛运动轨迹。A方法1：用用水流研研究平抛抛物体的的运动如图1，倒
2、倒置的饮饮料瓶内内装着水水，瓶塞塞内插着着两根两两端开口口的细管管，其中中一根弯弯成水平平，且水水平端加加接一段段更细的的硬管作作为喷嘴嘴。水从喷嘴中中射出，在在空中形形成弯曲曲的细水水柱，它它显示了了平抛运运动的轨轨迹。设设法把它它描在背背后的纸纸上就能能进行分分析处理理了。插入瓶中的的另一根根细管的的作用，是是保持从从喷嘴射射出水流流的速度度不变，使使其不随随瓶内水水面的下下降而减减小。这这是因为为该管上上端与空空气相通通，A处水的的压强始始终等于于大气压压，不受受瓶内水水面高低低的影响响。因此此，在水水面降到到A处以前前的很长长一段时时间内，都都可以得得到稳定定的细水水柱。方法2:用用数
3、码照照相机或或数码摄摄像机记记录平抛抛运动的的轨迹 数码相机机大多具具有摄像像功能，每每秒钟拍拍摄约115帧照照片。可可以用它它拍摄小小球从水水平桌面面飞出后后做平抛抛运动的的几张连连续照片片。如果果用数学学课上画画函数图图象的方方格黑板板做背景景，就可可以根据据照片上上小球的的位置在在方格纸纸上画出出小球的的轨迹。方法3:在在水平方方向平移移挡板法法图2在做“研究究平抛物物体的运运动”的实验验中，为为了确定定小球在在不同时时刻所通通过的位位置，实实验时用用如图22所示的的装置，将将一块平平木板钉钉上复写写纸和白白纸，竖竖直立于于槽口前前某处，使使小球从从斜槽上上紧靠挡挡板处由由静止滑滑下，小
4、小球撞在在木板上上留下痕痕迹A；将木木板向后后移距离离x，再使使小球从从斜槽上上紧靠挡挡板处由由静止滑滑下，小小球撞在在木板上上留下痕痕迹B；又将将木板再再向后移移距离xx，小球球再从斜斜槽上紧紧靠挡板板处由静静止滑下下，再得得到痕迹迹C。若测测得木板板每次后后移距离离x ，A、B间距离离y1 ，A、C间距离离y2 （g取9.880m/s2）根据以以上直接接测量的的物理量量可导出出测小球球初速度度的公式式为方法4:在在水平方方向侧移移挡板法法某同学设计计了一个个研究平平抛运动动的实验验。实验验装置示示意图如如图3所所示，AA是一块块平面木木板，在在其上等等间隔地地开凿出出一组平平行的插插槽（图
5、图3中、），槽槽间距离离均为。把把覆盖复复写纸的的白纸铺铺贴在硬硬板B上上。实验验时依次次将B板板插入AA板的各各插槽中中，每次次让小球球从斜轨轨的一同同位置由由静止释释放。每每打完一一点后，把把B板插插入后一一槽中并并同时向向纸面内内侧平移移距离。实实验得到到小球在在白纸上上打下的的若干痕痕迹点，如如图4所所示。图3图4图5（1）实验验前应对对实验装装置反复复调节，直直到_。每次次让小球球从同一一位置由由静止释释放，是是为了_。（2）每次次将B板板向内侧侧平移距距离，是是为了_ 。（3）在图图4中绘绘出小球球做平抛抛运动的的轨迹。解析：（11）斜轨轨末端水水平、AA板水平平、插槽槽P0P0/
6、垂直斜斜轨末端端正下，使使小球每每次作平平抛运动动的初速速度都相相同。（2）使记记录纸上上每两点点之间的的水平距距离等于于小球在在水平方方向实际际运动的的距离。（3）如图图5所示示二、实验数数据处理理方法的的创新1.x、yy轴都画画出，坐坐标原点点未画出出的数据据处理例1. 在在研究平平抛运动动的实验验中，用用一张印印有小方方格的纸纸记录轨轨迹，小小方格的的边长为为，若小小球在平平抛运动动途中的的几个位位置如图图6中的的a、b、c、d所示，则则小球平平抛的初初速度的的计算式式为=_（用用L，g表示），其其值为_（取取g=99.8mm/）。图6分析与解：根据题题意，仔仔细审查查图中aa、b、c、
7、d四点的的相对位位置，发发现相邻邻的两点点间的水水平距离离均为22L，这里里就隐含含着“物体在在相邻的的两点间间运动时时间相等等”的条件件，设这这相等时时间为，由由于竖直直方向是是加速度度为g的匀加加速运动动，由可可得，再再由水平平方向是是匀速运运动得，联联立上述述两式解解得。y图72.y轴画画出，xx轴和坐坐标原点点都未画画出的数数据处理理例2.某同同学在做做平抛物物体运动动的实验验时，不不慎未定定好原点点，只画画了竖直直线，而而且只描描出了平平抛物体体的后一一部分轨轨迹，如如图7所所示。依依此图只只用一把把刻度尺尺，如何何计算出出平抛物物体的初初速度vv0?yy2y1ABCxx图8分析与解
8、：为了求求出平抛抛物体的的初速度度，要画画出三条条等距（x）、平行于y轴的竖直线与轨迹交于A、B、C三点，如图8所示。然后分别过A、B、C三点作三条水平直线，A、B两点竖直距离为y1,A、B两点竖直距离为y1,A、C两点竖直距离为y2,由和,解得：.3.x轴画画出，yy轴和坐坐标原点点都未画画出的数数据处理理图9例3.某同同学做“研究平平抛运动动规律”的实验验时，只只在白纸纸上画出出了与初初速度vv0平行的的Ox轴，以以及做平平抛运动动小球的的一部分分轨迹，忘忘了画坐坐标原点点和Oyy轴，如如图9所所示。在在这种情情况下，若若只用刻刻度尺，如如何求得得该小球球的初速速度v0？ （11）写出出测
9、量的的主要步步骤和需需要测量量的物理理量，并并在图上上标出有有关物理理量的符符号； （2）用用测得的的物理量量和有关关常量，写写出计算算该小球球初速度度v0的表达达式v0= .Ox图10xxy1y2分析与解：(1)在该运运动轨迹迹上取相相邻的两两个点间间的水平平距离相相等的三三个点AA、B、CC； 测测出相邻邻两个点点间的水水平距离离x和相邻两两个点间间的竖直直距离 (2)4.利用频频闪照片片进行数数据处理理图11例4.如图图11所所示，是是用闪光光灯照相相法摄的的一个平平抛小球球的照片片，照相相机每隔隔相等时时间曝光光一次，拍拍照时，不不能保持持底片的的上边缘缘是水平平，请用用合理的的办法确
10、确定图中中重力加加速度方方向（保保留作图图痕迹）。若若图距与与实际距距离之比比为1：10。在在这种情情况下，若若只用刻刻度尺，如如何求得得该小球球的初速速度v0和曝光光时间间间隔T？(重力力加速度度g已知知) （11）写出出测量的的主要步步骤和需需要测量量的物理理量，并并在图上上标出有有关物理理量的符符号； （2）用用测得的的物理量量和有关关常量，写写出计算算该小球球初速度度v0的表达达式v0= .图12xyxxy1y2分析与解：把首末末两点相相连并且且三等份份，各等等份点与与对应顺顺序的照照片上的的点相连连，即是是重力加加速度所所在的直直线，并并标明方方向.用刻度尺测测出图中中的x和yy1、
11、y2,则有有:,解得,三、实验目目的的创创新1.利用平平抛运动动测子弹弹的速度度图13图14例5.试根根据平抛抛运动原原理设计计测量弹弹射器弹弹丸出射射初速度度方法。提提供实验验器材：弹射器器(含弹弹丸，如如图133所示。铁铁架台(带有夹夹具)、米米尺(1)在方方框中画画出实验验示意图图。(2)在安安装弹射射器时应应注意：_。(3)实验验中需要要测量的的量(并并在示意意图中用用字母标标出)：_。(4)由于于弹射器器每次射射出的弹弹丸初速速度不可可能完全全相等，在在实验中中应采取取的方法法是_ 。(5)计算算公式：_。分析与解： 弹射器器只有保保持水平平，弹出出的弹丸丸的运动动才是平平抛运动动，
12、则下下降的竖竖直高度度y，可可以利用用，求出出平抛运运动的时时间；测测出水平平位移，可可求出水水平速度度，进行行多次实实验，求求平均值值减小误误差。（1）实验验示意图图如图114所示示；（2）弹射射器必须须保持水水平；（3）弹丸丸下降高高度y和和水平射射程；（4）在不不变高度度y的条条件下进进行多次次实验，测测量水平平射程xx，得出出平均水水平射程程；图15（5）2.利用平平抛运动动测弹性性势能例6、为了了测定一一根轻弹弹簧压缩缩最短时时储存的的弹性势势能大小小，可以以将弹簧簧固定在在一带有有凹槽轨轨道一端端，并将将轨道固固定在水水平桌面面边缘上上，如图图15所所示，用用钢球将将弹簧压压缩至最
13、最短，而而后突然然释放，钢钢球将沿沿轨道飞飞出桌面面，实验验时：(1)需要要测定的的物理量量是_；(2)计算算弹簧最最短时弹弹性势能能的关系系式是EEP=_。分析与解： 要求弹弹簧的弹弹性势能能，因只只有弹簧簧的弹力力对小球球做功，则则弹簧的的弹性势势能等于于小球离离开桌面面时的动动能。要要求小球球离开桌桌面时间间的动能能，则就就要求出出小球离离开桌面面时的速速度。求求小球离离开桌面面的速度度，则需需要根据据平抛运运动的有有关知识识来解。 (1) 需要测测定的物物理量是是桌子的的高度hh，钢球球落地点点跟桌子子边缘的的水平距距离s； (2) 弹簧最最短时弹弹性势能能的关系系式是3.利用平平抛运
14、动动测水泵泵流量图16例7、物理理学是很很实用的的一门学学科，在在工农业业生产中中有许多多运用。请请你用所所学的物物理知识识帮助农农民估测测出农用用水泵的的流量（在单位时间内通过流管横截面的流体体积称为流量）。已知水泵的出水管是水平的，且出水管外径在10cm左右。提供的实验器材有：一把钢卷尺、游标卡尺、螺旋测微器、一长直细木棒和一重锤线。（1）写出出测量的的主要步步骤和需需要测量量的物理理量，并并在图116上标标出有关关物理量量的符号号.图17yx（2）用测测得的物物理量和和有关常常量，写写出计算算水泵流流量的表表达式为为：Q= 。分析与解：(1)用游标标卡尺测测出水管管的内径径D，用用重锤线线和钢卷卷尺测出出水管中中心离地地面的高高度y,用木棒棒从出水水口正下下方伸到到水落地地点的中中心，在在木棒上上做上标标记，用用钢卷尺尺测出出出水的水水平射程程x ，如如图177所示。 (2)10