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碰撞实验器法研究平抛物体的运动

    11-14 22:55:02    浏览次数: 442次    栏目:高中物理实验

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【目的和要求】   通过实验描绘平抛物体运动的轨迹,加强对平抛运动的认识并求出平抛物体的初速度。 【仪器和器材】   碰撞实验器(J2135型或J2135-1型),绘图板,小球,白纸、铅笔、复写纸、过球指示器。 【实验方法】   1.实验器材的安装   将碰撞实验器用C形夹固定在桌边,如图2.23-1所示,注意使轨道的下段保持水平。检查是否水平的办法是将一钢球放在其上的任一点,它都能保持静止。把重锤挂在槽口下端定位针的小孔内。   在绘图板上固定好白纸,纸的边缘应与木板的一个边对齐,用支架将板竖直地固定在槽口旁,注意使木板平面与碰撞实验器的斜槽中心线平行。使钢球沿槽滚下,如果小球运动轨迹所在的平面始终与木板面平行,此时木板的位置就可以了。   2.坐标原点的确定   当小球从斜槽滚下离开槽口开始做平抛运动时,质心的位置在绘图板上的投影取作坐标原点,如图2.23-2。确定坐标原点的方法是:把钢球放在槽口上,用三角板作钢球最高点在竖直板上的投影A,在点A正下方R处(R为小球的半径)标明坐标原点O。   3.小球起始位置的确定   选择钢球在斜槽上的高度,使钢球做平抛运动时恰好在纸的另一边的下角处离开纸面。然后把定位板固定在选好的释放小球处,这样做的目的在于充分利用纸面。 4.小球的释放每次释放小球时,都必须从定位板所确定的位置处释放,而且释放的动作既要干净利落,又要保持一致,不要让小球获得任何方向的初速度,从而重复实验时小球做平抛运动的初速度接近相等。可用直尺将小球压在定位板上,然后使直尺向外迅速离开,即完成放球工作,如图2.23-3。   5.小球运动轨迹的描绘   将过球指示器置于距槽口2-3厘米处,使其迎着小球的速度方向。当小球恰好从过球指示器中穿过时,定出钢球质心位置,并把它标在白纸上。移动过球指示器,每次移动的距离为2-3厘米,依次找出钢球在平抛运动中的一系列位置在白纸上的投影点。   取下平板,用平滑的曲线连接各投影点,即得到钢球做平抛运动的轨迹。从坐标原点O向右引水平直线作为x轴,向下引竖直直线作为y轴。再将平板装回原处,按前述要求让小球重作一次平抛运动,对所画曲线进行核对并修正,使之更接近钢球的实际运动轨迹。   6.平抛运动初速度的计算   在所得平抛曲线的右下角取一点G,过G作与y轴平行的直线,再在这条直线与y轴间作数条与y轴平行且间距相等的直线,它们分别与曲线交于A、B、C、D、……。如图2.23-4。   由平抛物体的运动方程   可求得各点的水平分速度。将数据填入下表,并计算V0的平均值,即为钢球的初速度。   x(米) y(米) V0(米/秒) V0平均值(米/秒) G         F         E         D         C         B         A           【注意事项】   1.由于实验是让小球多次做平抛运动来描绘它的运动轨迹的,所以做好实验的关键在于让小球每次都在相同条件下运动,这就要求碰撞实验器、平板、挡球板的安装必须牢固,每次释放小球的动作也应一致。   2.描好平抛运动的轨迹,首先要按要求确定好坐标原点。小球运动中一系列位置在平板上的垂直投影,也要经反复移动过球指示器,判断准确后再描绘。实验时要尽量使过球指示器垂直于小球运动的方向。   3.小球的水平速度应取离抛出点较远的点来进行计算,否则会有较大的误差。   4.在小球落点附近应放置一些缓冲物,如泡沫塑料,线网等,以免损伤小球。 【思考题】   1.为什么实验时要将碰撞实验器的轨道的抛射段调成水平?它的位置对实验结果有什么影响?   2.除了本节介绍的确定小球轨迹的方法外,你还能想出什么办法?比较你所想到的办法的优点和缺点。

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