2025年高考碰撞實驗器法研究平拋物體的運動

　　【目的和要求】

　　通過實驗描繪平拋物體運動的軌跡，加強對平拋運動的認識并求出平拋物體的初速度。

　　【儀器和器材】

　　碰撞實驗器（J2135型或J2135－1型），繪圖板，小球，白紙、鉛筆、復寫紙、過球指示器。

　　【實驗方法】

　　1．實驗器材的安裝

　　將碰撞實驗器用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，它都能保持靜止。把重錘掛在槽口下端定位針的小孔內。

　　在繪圖板上固定好白紙，紙的邊緣應與木板的一個邊對齊，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驗器的斜槽中心線平行。使鋼球沿槽滾下，如果小球運動軌跡所在的平面始終與木板面平行，此時木板的位置就可以了。

　　2．坐標原點的確定

　　當小球從斜槽滾下離開槽口開始做平拋運動時，質心的位置在繪圖板上的投影取作坐標原點。確定坐標原點的方法是：把鋼球放在槽口上，用三角板作鋼球最高點在豎直板上的投影A，在點A正下方R處（R為小球的半徑）標明坐標原點O。

　　3．小球起始位置的確定

　　選擇鋼球在斜槽上的高度，使鋼球做平拋運動時恰好在紙的另一邊的下角處離開紙面。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，都必須從定位板所確定的位置處釋放，而且釋放的動作既要干凈利落，又要保持一致，不要讓小球獲得任何方向的初速度，從而重復實驗時小球做平拋運動的初速度接近相等。可用直尺將小球壓在定位板上，然后使直尺向外迅速離開，即完成放球工作。

　　5．小球運動軌跡的描繪

　　將過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。當小球恰好從過球指示器中穿過時，定出鋼球質心位置，并把它標在白紙上。移動過球指示器，每次移動的距離為2－3厘米，依次找出鋼球在平拋運動中的一系列位置在白紙上的投影點。

　　取下平板，用平滑的曲線連接各投影點，即得到鋼球做平拋運動的軌跡。從坐標原點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動，對所畫曲線進行核對并修正，使之更接近鋼球的實際運動軌跡。

　　6．平拋運動初速度的計算

　　在所得平拋曲線的右下角取一點G，過G作與y軸平行的直線，再在這條直線與y軸間作數條與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、……。

　　由平拋物體的運動方程可求得各點的水平分速度。將數據填表，并計算V0的平均值，即為鋼球的初速度。

　　【注意事項】

　　1．由于實驗是讓小球多次做平拋運動來描繪它的運動軌跡的，所以做好實驗的關鍵在于讓小球每次都在相同條件下運動，這就要求碰撞實驗器、平板、擋球板的安裝必須牢固，每次釋放小球的動作也應一致。

　　2．描好平拋運動的軌跡，首先要按要求確定好坐標原點。小球運動中一系列位置在平板上的垂直投影，也要經反復移動過球指示器，判斷準確后再描繪。實驗時要盡量使過球指示器垂直于小球運動的方向。

　　3．小球的水平速度應取離拋出點較遠的點來進行計算，否則會有較大的誤差。

　　4．在小球落點附近應放置一些緩沖物，如泡沫塑料，線網等，以免損傷小球。

　　【思考題】

　　1．為什么實驗時要將碰撞實驗器的軌道的拋射段調成水平？它的位置對實驗結果有什么影響？

　　2．除了本節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點和缺點。

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