例析“研究平抛运动”实验

研究平抛运动的实验方法很多，可以用小球研究，也可以用频闪照片，还可以用DIS研究.由于实验设计方案不同，导致操作步骤不同，但是，实验原理都是运动的合成与分解，即平抛运动是在水平方向上的匀速直线运动与竖直方向上的自由落体运动的合运动.从近几年全国各地考试来看，平抛运动实验常见考查内容有：实验现象分析、实验基本操作、数据处理以及误差分析，下面通过几道例题的解析，希望能触类旁通.

题型一、实验现象分析

例1（2003年上海）如图1所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开轻质接触式开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落.改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地.该实验现象说明了A球在离开轨道（

）

A.水平方向的分运动是匀速直线运动

B.水平方向的分运动是匀加速直线运动

C.竖直方向的分运动是自由落体运动

D.竖直方向的分运动是匀速直线运动

解析 这是一道有关平抛运动的演示实验题，其间隐藏着严密的逻辑推理方法.这是一个对比实验，A球做平抛运动，B球做自由落体运动，其实是将A球的竖直方向分运动与B球的自由落体运动进行对比，实验发现A、B两球总是同时落地.这里透过现象看本质，有着严密的逻辑推理，“改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地”这个现象非常关键，任意性推理出普遍性，只有任意高度同时落下A、B两球同时落地时才能推理出A球竖直方向的分运动是自由落体运动.由于A球做平抛运动，其水平方向的分运动的确是匀速直线运动，但这里并没有将其水平方向的分运动与某个匀速直线运动对比，所以不能证明水平方向的分运动是匀速直线运动.当然我们可以进一步思考：如何设计一个实验方案来验证平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动？答案为C.

题型二、实验基本操作

例2（2014安徽）图2“研究平抛物体运动”的实验装置，通过描点画出平抛小球的运动轨迹，以下实验过程的一些做法，其中合理的有

（

）

A.安装斜槽轨道，使其末端保持水平

B.每次小球释放的初始位置可以任意选择

C.每次小球应从同一高度由静止释放

D.为描出小球的运动轨迹描绘的点可以用折线连接

解析 斜槽末端水平，才能保证小球离开斜槽末端的速度为水平方向，故A对；为保证小球多次运动是同一条轨迹，每次小球的释放点都应该相同，C对；为了减少误差，小球释放的高度要适当高些，且从同一个位置释放，B错；描绘轨迹时，要用圆滑的曲线把大部分点连起来，偏差大的点舍去，D错.位置由静止释放.每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图6所示.

（1）实验前应对实验装置反复调节，直到________，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了________

（2）每次将B板向内侧平移距离d，是为了________

（3）在图中绘出小球做平抛运动的轨迹.

解析 该题考查了实验中的留迹法，是创新题目，考查了发散思维能力.

（1）本实验方案既然是研究平抛运动，要保证小球飞出滑轨时的速度方向为水平方向，所以实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端应调成水平；每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保持小球水平抛出的初速度相同，否则描出的轨迹不是同一次运动的轨迹.

（2）每次将B板向内侧平移距离d，是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同.每次平移相同的距离d，可以使记录纸上每两点之间的水平距离等于小球在水平方向上的位移，也相当于取相等的时间间隔，这样在B板上打下的点迹反映的才是水平分运动和竖直分运动等时间内的位移变化情况，才能够画出更符合实际的平抛运动轨迹.

（3）描绘轨迹时要注意曲线描得平滑，如图7所示，而不是画直线段构成的折线.