淺談研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、PAGE PAGE 10淺談研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)湖北 陳宏研究平拋物物體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)是中學(xué)學(xué)物理中中的重要要實(shí)驗(yàn)之之一，高高考復(fù)習(xí)習(xí)時(shí)不但但要掌握握課本上上介紹的的實(shí)驗(yàn)原原理、實(shí)實(shí)驗(yàn)器材材、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)步驟及及數(shù)據(jù)處處理方法法，而且且還要掌掌握研究究平拋運(yùn)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的創(chuàng)新新設(shè)計(jì)。縱縱觀歷年年高考物物理試題題，很多多實(shí)驗(yàn)試試題都是是考查學(xué)學(xué)生對(duì)中中學(xué)物理理實(shí)驗(yàn)的的創(chuàng)新設(shè)設(shè)計(jì)的。下下面就談?wù)務(wù)勓芯烤科綊佭\(yùn)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的創(chuàng)新新設(shè)計(jì)。一、實(shí)驗(yàn)方方法的創(chuàng)創(chuàng)新要得到平拋拋運(yùn)動(dòng)的的軌跡，有有多種實(shí)實(shí)驗(yàn)方法法，下面面介紹幾幾種新的的實(shí)驗(yàn)方方法。圖1水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。A方法1：用用水流研研究平拋

2、拋物體圖1水平噴出的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。A如圖1，倒倒置的飲飲料瓶?jī)?nèi)內(nèi)裝著水水，瓶塞塞內(nèi)插著著兩根兩兩端開(kāi)口口的細(xì)管管，其中中一根彎彎成水平平，且水水平端加加接一段段更細(xì)的的硬管作作為噴嘴嘴。水從噴嘴中中射出，在在空中形形成彎曲曲的細(xì)水水柱，它它顯示了了平拋運(yùn)運(yùn)動(dòng)的軌軌跡。設(shè)設(shè)法把它它描在背背后的紙紙上就能能進(jìn)行分分析處理理了。插入瓶中的的另一根根細(xì)管的的作用，是是保持從從噴嘴射射出水流流的速度度不變，使使其不隨隨瓶?jī)?nèi)水水面的下下降而減減小。這這是因?yàn)闉樵摴苌仙隙伺c空空氣相通通，A處水的的壓強(qiáng)始始終等于于大氣壓壓，不受受瓶?jī)?nèi)水水面高低低的影響響。因此此，在水水面降到到A處以前前的很長(zhǎng)長(zhǎng)一段

3、時(shí)時(shí)間內(nèi)，都都可以得得到穩(wěn)定定的細(xì)水水柱。方法2:用用數(shù)碼照照相機(jī)或或數(shù)碼攝攝像機(jī)記記錄平拋拋運(yùn)動(dòng)的的軌跡 數(shù)碼相機(jī)機(jī)大多具具有攝像像功能，每每秒鐘拍拍攝約115幀照照片?？煽梢杂盟臄z小小球從水水平桌面面飛出后后做平拋拋運(yùn)動(dòng)的的幾張連連續(xù)照片片。如果果用數(shù)學(xué)學(xué)課上畫(huà)畫(huà)函數(shù)圖圖象的方方格黑板板做背景景，就可可以根據(jù)據(jù)照片上上小球的的位置在在方格紙紙上畫(huà)出出小球的的軌跡。方法3:在在水平方方向平移移擋板法法圖2在做“研究究平拋物物體的運(yùn)運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，為為了確定定小球在在不同時(shí)時(shí)刻所通通過(guò)的位位置，實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)用用如圖22所示的的裝置，將將一塊平平木板釘釘上復(fù)寫寫紙和白白紙，豎豎直立于于槽口前前

4、某處，使使小球從從斜槽上上緊靠擋擋板處由由靜止滑滑下，小小球撞在在木板上上留下痕痕跡A；將木木板向后后移距離離x，再使使小球從從斜槽上上緊靠擋擋板處由由靜止滑滑下，小小球撞在在木板上上留下痕痕跡B；又將將木板再再向后移移距離xx，小球球再?gòu)男毙辈凵暇o緊靠擋板板處由靜靜止滑下下，再得得到痕跡跡C。若測(cè)測(cè)得木板板每次后后移距離離x ，A、B間距離離y1 ，A、C間距離離y2 （g取9.880m/s2）根據(jù)以以上直接接測(cè)量的的物理量量可導(dǎo)出出測(cè)小球球初速度度的公式式為圖2方法4:在在水平方方向側(cè)移移擋板法法某同學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)了一個(gè)個(gè)研究平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置示示意圖如如圖3所所示，AA是一塊塊平

5、面木木板，在在其上等等間隔地地開(kāi)鑿出出一組平平行的插插槽（圖圖3中、），槽槽間距離離均為。把把覆蓋復(fù)復(fù)寫紙的的白紙鋪鋪貼在硬硬板B上上。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)依次次將B板板插入AA板的各各插槽中中，每次次讓小球球從斜軌軌的一同同位置由由靜止釋釋放。每每打完一一點(diǎn)后，把把B板插插入后一一槽中并并同時(shí)向向紙面內(nèi)內(nèi)側(cè)平移移距離。實(shí)實(shí)驗(yàn)得到到小球在在白紙上上打下的的若干痕痕跡點(diǎn)，如如圖4所所示。圖3圖3圖4圖5圖5（1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝裝置反復(fù)復(fù)調(diào)節(jié)，直直到_。每次次讓小球球從同一一位置由由靜止釋釋放，是是為了_。（2）每次次將B板板向內(nèi)側(cè)側(cè)平移距距離，是是為了_ 。（3）在圖圖4中繪繪出小球球做平拋拋運(yùn)動(dòng)的的

6、軌跡。解析：（11）斜軌軌末端水水平、AA板水平平、插槽槽P0P0/垂直斜斜軌末端端正下，使使小球每每次作平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)的初速速度都相相同。（2）使記記錄紙上上每?jī)牲c(diǎn)點(diǎn)之間的的水平距距離等于于小球在在水平方方向?qū)嶋H際運(yùn)動(dòng)的的距離。（3）如圖圖5所示示二、實(shí)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)處理理方法的的創(chuàng)新1.x、yy軸都畫(huà)畫(huà)出，坐坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)未畫(huà)出出的數(shù)據(jù)據(jù)處理例1. 在在研究平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，用用一張印印有小方方格的紙紙記錄軌軌跡，小小方格的的邊長(zhǎng)為為，若小小球在平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)途中的的幾個(gè)位位置如圖圖6中的的a、b、c、d所示，則則小球平平拋的初初速度的的計(jì)算式式為=_（用用L，g表示），其其值為_(kāi)（取取g=99.

7、8mm/）。圖6分析與解：根據(jù)題題意，仔仔細(xì)審查查圖中aa、b、c、d四點(diǎn)的的相對(duì)位位置，發(fā)發(fā)現(xiàn)相鄰鄰的兩點(diǎn)點(diǎn)間的水水平距離離均為22L，這里里就隱含含著“物體在在相鄰的的兩點(diǎn)間間運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)間相等等”的條件件，設(shè)這這相等時(shí)時(shí)間為，由由于豎直直方向是是加速度度為g的勻加加速運(yùn)動(dòng)動(dòng)，由可可得，再再由水平平方向是是勻速運(yùn)運(yùn)動(dòng)得，聯(lián)聯(lián)立上述述兩式解解得。圖6y圖72.y軸畫(huà)畫(huà)出，xx軸和坐坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)都未畫(huà)畫(huà)出的數(shù)數(shù)據(jù)處理y圖7例2.某同同學(xué)在做做平拋物物體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)，不不慎未定定好原點(diǎn)點(diǎn)，只畫(huà)畫(huà)了豎直直線，而而且只描描出了平平拋物體體的后一一部分軌軌跡，如如圖7所所示。依依此圖只只用一把把刻度尺尺

8、，如何何計(jì)算出出平拋物物體的初初速度vv0?yy2y1ABCxx圖8分析與解：為了求求出平拋拋物體的的初速度度，要畫(huà)畫(huà)出三條條等距（x）、平行于y軸的豎直線與軌跡交于A、B、C三點(diǎn)，如圖8所示。然后分別過(guò)A、B、C三點(diǎn)作三條水平直線，A、B兩點(diǎn)豎直距離為yyy2y1ABCxx圖83.x軸畫(huà)畫(huà)出，yy軸和坐坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)都未畫(huà)畫(huà)出的數(shù)數(shù)據(jù)處理理圖9例3.某同同學(xué)做“研究平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)，只只在白紙紙上畫(huà)出出了與初初速度vv0平行的的Ox軸，以以及做平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)小球的的一部分分軌跡，忘忘了畫(huà)坐坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)和Oyy軸，如如圖9所所示。在在這種情情況下，若若只用刻刻度尺，如如何求得得該小球球的初

9、速速度v0？圖9 （11）寫出出測(cè)量的的主要步步驟和需需要測(cè)量量的物理理量，并并在圖上上標(biāo)出有有關(guān)物理理量的符符號(hào)； （2）用用測(cè)得的的物理量量和有關(guān)關(guān)常量，寫寫出計(jì)算算該小球球初速度度v0的表達(dá)達(dá)式v0= .Ox圖10 xxy1y2分析與解：(1)在該運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡跡上取相相鄰的兩兩個(gè)點(diǎn)間間的水平平距離相相等的三三個(gè)點(diǎn)AA、B、CC； 測(cè)測(cè)出相鄰鄰兩個(gè)點(diǎn)點(diǎn)間的水水平距離離x和相鄰兩Ox圖10 xxy1y2 (2)4.利用頻頻閃照片片進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)處理理圖11例4.如圖圖11所所示，是是用閃光光燈照相相法攝的的一個(gè)平平拋小球球的照片片，照相相機(jī)每隔隔相等時(shí)時(shí)間曝光光一次，拍拍照時(shí)，不不能保持持底片的的

10、上邊緣緣是水平平，請(qǐng)用用合理的的辦法確確定圖中中重力加加速度方方向（保保留作圖圖痕跡）。若若圖距與與實(shí)際距距離之比比為1：10。在在這種情情況下，若若只用刻刻度尺，如如何求得得該小球球的初速速度v0和曝光光時(shí)間間間隔T？(重力力加速度度g已知知)圖11 （11）寫出出測(cè)量的的主要步步驟和需需要測(cè)量量的物理理量，并并在圖上上標(biāo)出有有關(guān)物理理量的符符號(hào)； （2）用用測(cè)得的的物理量量和有關(guān)關(guān)常量，寫寫出計(jì)算算該小球球初速度度v0的表達(dá)達(dá)式v0= .圖12xyxxy1y2分析與解：把首末末兩點(diǎn)相相連并且且三等份份，各等等份點(diǎn)與與對(duì)應(yīng)順順序的照照片上的的點(diǎn)相連連，即是是重力圖12xyxxy1y2用刻度尺

11、測(cè)測(cè)出圖中中的x和yy1、y2,則有有:,解得,三、實(shí)驗(yàn)?zāi)磕康牡膭?chuàng)創(chuàng)新1.利用平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)測(cè)子彈彈的速度度圖13圖14例5.試根根據(jù)平拋拋運(yùn)動(dòng)原原理設(shè)計(jì)計(jì)測(cè)量彈彈射器彈彈丸出射射初速度度方法。提提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)器材：彈射器器(含彈彈丸，如如圖133所示。鐵鐵架臺(tái)(帶有夾夾具)、米圖13圖14(1)在方方框中畫(huà)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)示意圖圖。(2)在安安裝彈射射器時(shí)應(yīng)應(yīng)注意：_。(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中需要要測(cè)量的的量(并并在示意意圖中用用字母標(biāo)標(biāo)出)：_。(4)由于于彈射器器每次射射出的彈彈丸初速速度不可可能完全全相等，在在實(shí)驗(yàn)中中應(yīng)采取取的方法法是_ 。(5)計(jì)算算公式：_。分析與解： 彈射器器只有保保持水平平，彈出出

12、的彈丸丸的運(yùn)動(dòng)動(dòng)才是平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)，則下下降的豎豎直高度度y，可可以利用用，求出出平拋運(yùn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)時(shí)間；測(cè)測(cè)出水平平位移，可可求出水水平速度度，進(jìn)行行多次實(shí)實(shí)驗(yàn)，求求平均值值減小誤誤差。（1）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)示意圖圖如圖114所示示；（2）彈射射器必須須保持水水平；（3）彈丸丸下降高高度y和和水平射射程；（4）在不不變高度度y的條條件下進(jìn)進(jìn)行多次次實(shí)驗(yàn)，測(cè)測(cè)量水平平射程xx，得出出平均水水平射程程；圖15（5）圖152.利用平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)測(cè)彈性性勢(shì)能例6、為了了測(cè)定一一根輕彈彈簧壓縮縮最短時(shí)時(shí)儲(chǔ)存的的彈性勢(shì)勢(shì)能大小小，可以以將彈簧簧固定在在一帶有有凹槽軌軌道一端端，并將將軌道固固定在水水平桌面面邊緣上上，如圖

13、圖15所所示，用用鋼球?qū)椈蓧簤嚎s至最最短，而而后突然然釋放，鋼鋼球?qū)⒀匮剀壍里w飛出桌面面，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)時(shí)：(1)需要要測(cè)定的的物理量量是_；(2)計(jì)算算彈簧最最短時(shí)彈彈性勢(shì)能能的關(guān)系系式是EEP=_。分析與解： 要求彈彈簧的彈彈性勢(shì)能能，因只只有彈簧簧的彈力力對(duì)小球球做功，則則彈簧的的彈性勢(shì)勢(shì)能等于于小球離離開(kāi)桌面面時(shí)的動(dòng)動(dòng)能。要要求小球球離開(kāi)桌桌面時(shí)間間的動(dòng)能能，則就就要求出出小球離離開(kāi)桌面面時(shí)的速速度。求求小球離離開(kāi)桌面面的速度度，則需需要根據(jù)據(jù)平拋運(yùn)運(yùn)動(dòng)的有有關(guān)知識(shí)識(shí)來(lái)解。 (1) 需要測(cè)測(cè)定的物物理量是是桌子的的高度hh，鋼球球落地點(diǎn)點(diǎn)跟桌子子邊緣的的水平距距離s； (2) 彈簧最最短時(shí)彈彈性勢(shì)能能的關(guān)系系式是3.利用平平拋運(yùn)動(dòng)動(dòng)測(cè)水泵泵流量圖16例7、物理理學(xué)是很很實(shí)用的的一門學(xué)學(xué)科，在在工農(nóng)業(yè)業(yè)生產(chǎn)中中有許多多運(yùn)用。請(qǐng)請(qǐng)你用所所學(xué)的物物理知識(shí)識(shí)幫助農(nóng)農(nóng)民估測(cè)測(cè)出農(nóng)用用水泵的的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)流管橫截面的流體體積稱為流量）。已知水泵的出水管是水平的，且出水管外徑在10cm左右。提供的實(shí)驗(yàn)器材有：一把鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、一長(zhǎng)直細(xì)木棒和一重錘線。圖16（1）寫出出測(cè)量的的主要步步