人教版必修第二冊(cè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)............................................-1-

實(shí)驗(yàn)二驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律............................................-8-

實(shí)驗(yàn)一探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

1.判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線(xiàn)

(1)原理:若平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線(xiàn).則當(dāng)以?huà)伋鳇c(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立宜角坐標(biāo)系后,軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)

具有_＞，=仆2的關(guān)系.且同一軌跡上，a是一個(gè)確定的值

⑵驗(yàn)證方法

代入法:用刻度尺測(cè)量?出幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值，分別代入y=ar2中求出常數(shù)為看計(jì)算得到的a值在誤差

允許的范圍內(nèi)是否是一個(gè)常數(shù)

圖像法:建立產(chǎn)爐坐標(biāo)系,根據(jù)所測(cè)拊的各個(gè)點(diǎn)的X、)，坐標(biāo)值分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)y值的/值，在J-2坐

標(biāo)系中描點(diǎn)，連接各點(diǎn)后是否在一條在線(xiàn)上，并求出該在線(xiàn)的斜率即為“值

2.計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度

J數(shù)據(jù)分析)一(1)平拋軌跡完整(即含有拋出點(diǎn)):在軌跡上任取一點(diǎn)，測(cè)出該點(diǎn)離原點(diǎn)的水平位移x及螺直位移/就

可求出初速度％,因x=硒y=-gt12,故的=xj^

(2)平拋軌跡殘缺(即無(wú)拋出點(diǎn)):如圖所示,在軌跡上任取三點(diǎn)4、B、C,使兩點(diǎn)間及B、C兩點(diǎn)間的

水平距離相等,由平留運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知,從8兩點(diǎn)間與8、。兩點(diǎn)間所用時(shí)間相等，設(shè)為人則兇=

心c也產(chǎn)g凡所以，=/,所以初速度%=}=-v/__g—

gJhac-hiB

注意事項(xiàng)」

1.斜槽安裝：實(shí)驗(yàn)中必須調(diào)整斜槽末端切線(xiàn)水平，將小球放在斜槽末端水平

部分，若能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，斜槽末端的切線(xiàn)就水平了。

2.方木板固定：方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時(shí)要用鉛垂線(xiàn)檢查坐標(biāo)紙

豎線(xiàn)是否豎直。

3.小球釋放

(1)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。

(2)小球開(kāi)始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由坐標(biāo)紙的左

上角一直到達(dá)右下角為宜。

4.坐標(biāo)原點(diǎn)：坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，而是小球出槽口時(shí)球心在木板上的

投影點(diǎn)。

5.初速度的計(jì)算：在軌跡上選取離坐標(biāo)原點(diǎn)。較遠(yuǎn)的一些點(diǎn)來(lái)計(jì)算初速度。

「誤差分析」

1.安裝斜槽時(shí)，其末端切線(xiàn)不水平，導(dǎo)致小球離開(kāi)斜槽后不做平拋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生

誤差。

2.建立坐標(biāo)系時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)的位置確定不準(zhǔn)確，導(dǎo)致軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)不準(zhǔn)

確產(chǎn)生誤差。

3.小球每次自由滾下時(shí)的起始位置不完全相同，導(dǎo)致軌跡出現(xiàn)誤差。

4.確定小球運(yùn)動(dòng)的位置時(shí)，出現(xiàn)誤差。

5.量取軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，出現(xiàn)誤差。

考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)思路與實(shí)驗(yàn)操作

典例(2019?北京高考)用如圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。將白紙和復(fù)寫(xiě)紙對(duì)齊重

疊并固定在豎直硬板上。鋼球沿斜槽軌道P?；潞髲摹｜c(diǎn)飛出，落在水平擋板

MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠

壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕

跡點(diǎn)。

(1)下列實(shí)驗(yàn)條件必須滿(mǎn)足的有

A.斜槽軌道光滑

B.斜槽軌道末端水平

C.擋板高度等間距變化

D.每次從斜槽上相同的位置無(wú)初速度釋放鋼球

（2）為定量研究，建立以水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。

①取平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，將鋼球靜置于。點(diǎn)，鋼球的（選

填“最上端”“最下端”或“球心”）對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(diǎn)；在確定y

軸時(shí)（選填“需要”或“不需要”）確保y軸與鉛垂線(xiàn)平行。

②若遺漏記錄平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的起始點(diǎn)也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖乙所示，

在軌跡上取A、B、C三點(diǎn)，AB和BC的水平間距相等且均為X,測(cè)得AB和BC的

豎直間距分別是yi和券，則弋_______（選填“大于”“等于”或“小于”）；，可

y2J

求得鋼球平拋的初速度大小為（已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,結(jié)果用上述字

母表示）。

乙

（3）伽利略曾研究過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)，他推斷：從同一炮臺(tái)水平發(fā)射的炮彈，如果不

受空氣阻力，不論它們能射多遠(yuǎn)，在空中飛行的時(shí)間都一樣。這實(shí)際上揭示了平

拋物體0

A.在水平方向上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

B.在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)

C.在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒

（4）牛頓設(shè)想，把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點(diǎn)就一次

比一次遠(yuǎn)，如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運(yùn)動(dòng)，成為人造

地球衛(wèi)星。同樣是受地球引力，隨著拋出速度的增大，物體會(huì)從做平拋運(yùn)動(dòng)逐漸

變?yōu)樽鰣A周運(yùn)動(dòng)，請(qǐng)分析原因。

【自主解答】

解析：（1）斜槽的作用是提供一個(gè)恒定的水平速度，水平速度要求斜槽軌道末

端水平，B正確：速度大小恒定，則要求應(yīng)將鋼球每次從斜槽上相同的位置無(wú)初速

度釋放，對(duì)斜槽軌道是否光滑無(wú)要求，A錯(cuò)誤，D正確；記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡時(shí),

對(duì)擋板高度變化無(wú)要求，C錯(cuò)誤。

(2)①平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)是球心對(duì)應(yīng)的位置，確定y軸時(shí)，需要確保y軸平行于

鉛垂線(xiàn)。

②和BC的水平間距相等，由于鋼球在水平方向上的運(yùn)動(dòng)是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),

可推出A3和BC1的時(shí)間間隔相等；豎直方向是勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，則y=vot+^gP,

若豎直初速度為0,位移之比是1：3;A點(diǎn)的豎直速度不為0,j;>|,yi-y^gT1,

00=*,求得U0=XA/-g-O

T\1丁2-yi

(3)炮臺(tái)的豎直高度一定，炮彈在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，下落時(shí)間相同，

A、C錯(cuò)誤，B正確。

(4)物體的初速度較小時(shí)，運(yùn)動(dòng)范圍很小，引力可以看成恒力——重力，做平

拋運(yùn)動(dòng)；隨著物體初速度的增大，運(yùn)動(dòng)范圍變大，引力不能再看成恒力；當(dāng)物體

的初速度達(dá)到第一宇宙速度時(shí)，物體繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)而成為地球衛(wèi)星。

答案：(1)BD(2)①球心需要②大于

八(3汨(4)見(jiàn)解析

考點(diǎn)2數(shù)據(jù)分析及誤差分析

典例在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)只記錄了小球運(yùn)動(dòng)途中A、B、C三點(diǎn)

的位置，取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，則各點(diǎn)的位置坐標(biāo)如圖所示(g取10m/s2)。

0102?,

A'：!x/cm

15.....

40............*C

(1)為了準(zhǔn)確地描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，下列要求合理的是

A.小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放

B.斜槽軌道必須光滑

C.斜槽軌道末端必須水平

D.本實(shí)驗(yàn)必需的器材還有刻度尺和停表

(2)小球平拋的初速度為m/so

(3)小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度為m/so

(4)小球拋出點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(cm,cm)o

【自主解答】

解析：(1)為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相等，每次應(yīng)將小球從斜槽上的

同一位置由靜止釋放，斜槽軌道不一定需要光滑，故A正確，B錯(cuò)誤；為了保證

小球的初速度水平，斜槽軌道末端必須水平，故C正確；小球平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可

以根據(jù)豎直位移求出，不需要停表，故D錯(cuò)誤。

⑵根據(jù)Ajug「得

X10~2s=0.1s

則平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為

x0.1,.

。0=亍=近m/s=1m/So

(3)小球經(jīng)過(guò)8點(diǎn)時(shí)，豎直方向上的分速度為

yAc0.4_.

Vy_2T_Q2m/s_2rn/s

則B點(diǎn)的速度為

VB—y/v^+v^,=-\/12+22m/s=^/5m/s。

(4)小球運(yùn)動(dòng)到8點(diǎn)的時(shí)間為

Vy2八?

s=0.2s

gio

從拋出點(diǎn)到B點(diǎn)的水平位移為

x=v()t=0.2m=20cm

豎直位移為y=；gP=0.2m=20cm

所以小球拋出點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)為

(10—20)cm=—10cm

縱坐標(biāo)為(15-20)cm=-5cm

所以小球拋出點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(-10cm,-5cm)o

答案：(1)AC(2)1(3)小(4)-10-5

考點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

典例如圖所示，將研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置放置在水平桌面上，利用光

電門(mén)傳感器和碰撞傳感器可測(cè)得小球的水平初速度和飛行時(shí)間，底板上的標(biāo)尺可

以測(cè)得水平位移。保持水平槽口距底板的高度力=0.420m不變。改變小球在斜槽

導(dǎo)軌上下滑的起始位置，測(cè)出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。()、飛行時(shí)間f和水平位移

d,記錄在表中。

光電門(mén)傳感器

斜槽九小球

軌道

碰撞傳感器

uo/(m?s1)0.7411.0341.3181.584

t/ms292.7293.0292.8292.9

d/cm21.730.338.646.4

(1)由表中數(shù)據(jù)可知，在h一定時(shí)，小球的水平位移d與其初速度00成

關(guān)系，與無(wú)關(guān)。

(2)一位同學(xué)計(jì)算出小球飛行時(shí)間的理論值t

ms,發(fā)現(xiàn)理論值與測(cè)量值之差約為3mso經(jīng)檢查，實(shí)驗(yàn)及測(cè)量無(wú)誤，其原因是

(3)另一位同學(xué)分析并糾正了上述偏差后，另做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，竟發(fā)現(xiàn)測(cè)量值f

依然大于自己得到的理論值七,但二者之差在3?7ms之間，且初速度越大差值

越小。對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的安裝進(jìn)行檢查，確認(rèn)斜槽槽口與底座均水平，則導(dǎo)致偏差的

原因是?

【自主解答】

解析：(1)由題表數(shù)據(jù)可知，力一定時(shí)，小球的水平位移d與初速度00成正比

關(guān)系，與飛行時(shí)間I無(wú)關(guān)。

(2)該同學(xué)計(jì)算時(shí)，重力加速度取值為10m/s?,一般情況下應(yīng)取9.8m/s2,故

導(dǎo)致約3ms的偏差。

(3)小球直徑過(guò)大、小球飛過(guò)光電門(mén)需要時(shí)間或光電門(mén)傳感器置于槽口的內(nèi)側(cè),

均會(huì)使測(cè)量值大于理論值。

答案：(1)正比飛行時(shí)間t(2)計(jì)算時(shí)重力加速度取值(10m/s2)大于實(shí)際值

(3)見(jiàn)解析

【核心歸納】

1.實(shí)驗(yàn)思路及器材的創(chuàng)新(如圖所示)

光電門(mén)傳感器

斜槽，

軌道頻閃儀器Aq

碰撞傳感器

頻閃儀器B

2.數(shù)據(jù)分析的創(chuàng)新

(1)利用光電門(mén)傳感器和碰撞傳感器可測(cè)得小球的水平初速度和飛行時(shí)間，底

板上的標(biāo)尺可以測(cè)得水平位移。

(2)用頻閃儀器膠片記錄物體在幾個(gè)閃光時(shí)刻的位置代替鉛筆描跡，使數(shù)據(jù)分

析更方便。

(3)利用改變相同水平距離找落點(diǎn)，確定小球在不同水平位置的豎直位置描跡。

實(shí)驗(yàn)二驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康腎驗(yàn)證機(jī)械能守恒電蕾

通過(guò)實(shí)驗(yàn),求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力

1實(shí)驗(yàn)思路勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量，若

二者相等.說(shuō)明機(jī)械能守恒

■1實(shí)驗(yàn)器材1—打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、重物、

刻度尺、鐵架臺(tái)（附夾子）、導(dǎo)線(xiàn)等

1.安裝器材:將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上.

用導(dǎo)線(xiàn)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與交流電源相連

2.將紙帶固定在重物匕讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)

時(shí)器的限位孔

」進(jìn)行實(shí)驗(yàn)1—3.用手提著紙帶，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并

處于靜止?fàn)顟B(tài).然后接通電源.松開(kāi)紙帶，讓

重物自由落下,紙帶上打下一系列點(diǎn)

4.從幾條打下點(diǎn)的紙帶中挑選出點(diǎn)跡清晰的

紙帶進(jìn)行測(cè)量

5.在起始點(diǎn)標(biāo)上0,以后各點(diǎn)依次標(biāo)上1、2、3、…，

用刻度尺測(cè)出對(duì)應(yīng)的下落高度九、生、必、…

計(jì)算速度%=芻琛二

方案一:利用起點(diǎn)和第"點(diǎn)，驗(yàn)證

方案二:取較遠(yuǎn)兩點(diǎn)48.驗(yàn)iiEg/產(chǎn)1屆-

J數(shù)據(jù)分析I—

十行

方案三:繪出圖像.驗(yàn)證直線(xiàn)的斜率為g

「注意事項(xiàng)」

1.安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直線(xiàn)上以減小摩擦

阻力。

2.重物應(yīng)選用質(zhì)量大、體積小、密度大的材料。

3.應(yīng)先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后，再松開(kāi)紙帶讓重物下落。

4.紙帶長(zhǎng)度應(yīng)選用60cm左右為宜，應(yīng)選用點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測(cè)量。

5.速度不能用或v“=q2gh"計(jì)算，速度應(yīng)從紙帶上直接測(cè)量計(jì)算。

同樣的道理，重物下落的高度人也只能用刻度尺直接測(cè)量，而不能用岳=上。或

hn=^計(jì)算得出。

「誤差分析」

誤差產(chǎn)生原因減小方法

(1)測(cè)量距離時(shí)應(yīng)從計(jì)數(shù)點(diǎn)0量起，且選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)離

偶然測(cè)量長(zhǎng)度帶來(lái)

0點(diǎn)遠(yuǎn)些

誤差的誤差

(2)多次測(cè)量取平均值

(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔在同一豎直線(xiàn)

重物和紙帶下

系統(tǒng)上，以減小摩擦阻力

落過(guò)程中存在

誤差(2)選用質(zhì)量大、體積小的物體作為重物，以減小空氣

阻力

阻力的影響

考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)思路與實(shí)驗(yàn)操作

典例如圖甲所示為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有器材為：帶夾子的

鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、帶夾子的重物、天平。

-紙帶

(1)為完成實(shí)驗(yàn)，還需要的器材有O

A.刻度尺B.0~8V直流電源

C.秒表D.0?8V交流電源

(2)某同學(xué)用如圖甲所示裝置打出的一條紙帶如圖乙所示，相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)

間間隔為0.02s,根據(jù)紙帶計(jì)算出打下。點(diǎn)時(shí)重物的速度大小為m/so(結(jié)

果保留3位有效數(shù)字)

(3)采用重物下落的方法，根據(jù)公式〃吆人驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，對(duì)實(shí)驗(yàn)

條件的要求是，為驗(yàn)證和滿(mǎn)足此要求，所選擇的紙帶第1、2兩點(diǎn)

間的距離應(yīng)接近________o

(4)該同學(xué)根據(jù)紙帶算出了相應(yīng)點(diǎn)的速度，作出的"一力圖像如圖丙所示，則該

圖線(xiàn)斜率的物理意義是o

【自主解答】

解析：(1)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)錄時(shí)間，不需要秒表，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該與

交流電源連接，需要用刻度尺測(cè)量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，故A、D正確，B、C錯(cuò)

、口

i天o

(2)由題圖乙可知CE間的距離為x=19.41cm-12.40cm=7.01cm=0.0701

m,則由平均速度公式得打下。點(diǎn)時(shí)重物的速度0D=存=號(hào)篇'm/s=1.75m/so

(3)用公式J"/：/即力驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，對(duì)紙帶上起點(diǎn)的要求是重物是

從初速度為0開(kāi)始下落。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50Hz,打點(diǎn)周期為0.02s,重

物開(kāi)始下落后，在第一個(gè)打點(diǎn)周期內(nèi)下落的高度力=g義9.8X0.022m=2

mm,所以所選的紙帶最初兩點(diǎn)間的距離應(yīng)接近2mm。

(4)由機(jī)械能守恒mgh=^mv2,得"=2gh,由此可知圖線(xiàn)的斜率％=2g。

答案：(1)AD(2)1.75(3)重物的初速度為02mm(4)當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊?

倍

考點(diǎn)2數(shù)據(jù)分析與誤差分析

典例(2020.武威模擬)利用圖甲所示裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)。

甲

(1)為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的

A.動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量

B.速度變化量和勢(shì)能變化量

C.速度變化量和高度變化量

(2)實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶

上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C,測(cè)得它們到起始點(diǎn)。的距離分別為自、魚(yú)、

he.已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T(mén),設(shè)重物的質(zhì)量為〃

從打。點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量△EP=,動(dòng)能變化量

△￡k=o

ro_里-

乙

(3)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢(shì)能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因

是O

A.利用公式。=/計(jì)算重物速度

B.利用公式。="兩計(jì)算重物速度

C.存在空氣阻力和摩擦阻力的影響

D.沒(méi)有采用多次實(shí)驗(yàn)取平均值的方法

【自主解答】

解析：(1)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理是看減少的重力勢(shì)能和增加的動(dòng)能是否

相等，所以需要比較重

物下落過(guò)程中任意兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化量與勢(shì)能變化量，故選A。

(2)根據(jù)功能關(guān)系，重物的重力勢(shì)能變化量的大小等于重力做功的多少，從打

0點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，重物的重力勢(shì)能變化量△&=一〃吆版，B點(diǎn)的速度為VB

m2

hc—hA..、，匕，-12(〃c-心)

=-,所以動(dòng)育匕變彳匕童為△872o

(3)由于紙帶在下落過(guò)程中，重物和空氣之間存在阻力，紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之

間存在摩擦力，所以減少的重力勢(shì)能一部分轉(zhuǎn)