2025年高考碰撞實(shí)驗(yàn)器法研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)

　　【目的和要求】

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)描繪平拋物體運(yùn)動(dòng)的軌跡，加強(qiáng)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)并求出平拋物體的初速度。

　　【儀器和器材】

　　碰撞實(shí)驗(yàn)器（J2135型或J2135－1型），繪圖板，小球，白紙、鉛筆、復(fù)寫紙、過(guò)球指示器。

　　【實(shí)驗(yàn)方法】

　　1．實(shí)驗(yàn)器材的安裝

　　將碰撞實(shí)驗(yàn)器用C形夾固定在桌邊，注意使軌道的下段保持水平。檢查是否水平的辦法是將一鋼球放在其上的任一點(diǎn)，它都能保持靜止。把重錘掛在槽口下端定位針的小孔內(nèi)。

　　在繪圖板上固定好白紙，紙的邊緣應(yīng)與木板的一個(gè)邊對(duì)齊，用支架將板豎直地固定在槽口旁，注意使木板平面與碰撞實(shí)驗(yàn)器的斜槽中心線平行。使鋼球沿槽滾下，如果小球運(yùn)動(dòng)軌跡所在的平面始終與木板面平行，此時(shí)木板的位置就可以了。

　　2．坐標(biāo)原點(diǎn)的確定

　　當(dāng)小球從斜槽滾下離開(kāi)槽口開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)心的位置在繪圖板上的投影取作坐標(biāo)原點(diǎn)。確定坐標(biāo)原點(diǎn)的方法是：把鋼球放在槽口上，用三角板作鋼球最高點(diǎn)在豎直板上的投影A，在點(diǎn)A正下方R處（R為小球的半徑）標(biāo)明坐標(biāo)原點(diǎn)O。

　　3．小球起始位置的確定

　　選擇鋼球在斜槽上的高度，使鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)恰好在紙的另一邊的下角處離開(kāi)紙面。然后把定位板固定在選好的釋放小球處，這樣做的目的在于充分利用紙面。

　　4．小球的釋放每次釋放小球時(shí)，都必須從定位板所確定的位置處釋放，而且釋放的動(dòng)作既要干凈利落，又要保持一致，不要讓小球獲得任何方向的初速度，從而重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度接近相等。可用直尺將小球壓在定位板上，然后使直尺向外迅速離開(kāi)，即完成放球工作。

　　5．小球運(yùn)動(dòng)軌跡的描繪

　　將過(guò)球指示器置于距槽口2－3厘米處，使其迎著小球的速度方向。當(dāng)小球恰好從過(guò)球指示器中穿過(guò)時(shí)，定出鋼球質(zhì)心位置，并把它標(biāo)在白紙上。移動(dòng)過(guò)球指示器，每次移動(dòng)的距離為2－3厘米，依次找出鋼球在平拋運(yùn)動(dòng)中的一系列位置在白紙上的投影點(diǎn)。

　　取下平板，用平滑的曲線連接各投影點(diǎn)，即得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。從坐標(biāo)原點(diǎn)O向右引水平直線作為x軸，向下引豎直直線作為y軸。再將平板裝回原處，按前述要求讓小球重作一次平拋運(yùn)動(dòng)，對(duì)所畫曲線進(jìn)行核對(duì)并修正，使之更接近鋼球的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　6．平拋運(yùn)動(dòng)初速度的計(jì)算

　　在所得平拋曲線的右下角取一點(diǎn)G，過(guò)G作與y軸平行的直線，再在這條直線與y軸間作數(shù)條與y軸平行且間距相等的直線，它們分別與曲線交于A、B、C、D、……。

　　由平拋物體的運(yùn)動(dòng)方程可求得各點(diǎn)的水平分速度。將數(shù)據(jù)填表，并計(jì)算V0的平均值，即為鋼球的初速度。

　　【注意事項(xiàng)】

　　1．由于實(shí)驗(yàn)是讓小球多次做平拋運(yùn)動(dòng)來(lái)描繪它的運(yùn)動(dòng)軌跡的，所以做好實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于讓小球每次都在相同條件下運(yùn)動(dòng)，這就要求碰撞實(shí)驗(yàn)器、平板、擋球板的安裝必須牢固，每次釋放小球的動(dòng)作也應(yīng)一致。

　　2．描好平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，首先要按要求確定好坐標(biāo)原點(diǎn)。小球運(yùn)動(dòng)中一系列位置在平板上的垂直投影，也要經(jīng)反復(fù)移動(dòng)過(guò)球指示器，判斷準(zhǔn)確后再描繪。實(shí)驗(yàn)時(shí)要盡量使過(guò)球指示器垂直于小球運(yùn)動(dòng)的方向。

　　3．小球的水平速度應(yīng)取離拋出點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，否則會(huì)有較大的誤差。

　　4．在小球落點(diǎn)附近應(yīng)放置一些緩沖物，如泡沫塑料，線網(wǎng)等，以免損傷小球。

　　【思考題】

　　1．為什么實(shí)驗(yàn)時(shí)要將碰撞實(shí)驗(yàn)器的軌道的拋射段調(diào)成水平？它的位置對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響？

　　2．除了本節(jié)介紹的確定小球軌跡的方法外，你還能想出什么辦法？比較你所想到的辦法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

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