實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng) 習(xí)題

3實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)1．在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了求平拋物體的初速度，需直接測(cè)的數(shù)據(jù)有 ()A．小球開(kāi)始滾下的高度B．小球在空中飛行的時(shí)間C．運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)D．運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的豎直坐標(biāo)答案CD解析由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，豎直方向y＝eq\f(1,2)gt2，水平方向x＝v0t，因此v0＝xeq\r(\f(g,2y))，可見(jiàn)只要測(cè)得軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，就可求出初速度v0，故C、D正確．2．(1)在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是________．A．停表B．坐標(biāo)紙C．天平D．彈簧秤E．重垂線(2)實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是________．A．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滾下B．斜槽軌道必須光滑C．斜槽軌道末端可以不水平D．為使描出的軌跡更好地反映真實(shí)運(yùn)動(dòng)，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些E．為了比較準(zhǔn)確地找出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，應(yīng)該用一條曲線把所有的點(diǎn)都連接起來(lái)答案(1)BE(2)AD解析還需要的器材是坐標(biāo)紙和重垂線．做平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，斜槽末端必須水平，以保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)．為使小球運(yùn)動(dòng)軌跡相同，應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置無(wú)初速滾下．描點(diǎn)法畫(huà)物體運(yùn)動(dòng)的軌跡時(shí)，應(yīng)用平滑的曲線連點(diǎn)，偏離軌跡較遠(yuǎn)的點(diǎn)應(yīng)舍去．3．兩個(gè)同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)：圖5－3－9(1)甲同學(xué)采用如圖5－3－9甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開(kāi)，自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說(shuō)明____________________________________________________________________________________________________________________________________(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置．兩個(gè)相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時(shí)以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出．實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是________________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說(shuō)明_______________________________________________________________________．答案(1)平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)(2)P球擊中Q球平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)解析(1)通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明兩球具有等時(shí)性，由此說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)．(2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運(yùn)動(dòng)情況相同，說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)．4．在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中：(1)為使小球水平拋出，必須調(diào)整斜槽，使其末端的切線成水平方向，檢查方法是_______________________________________________________________________________________________________________________________.(2)小球拋出點(diǎn)的位置必須及時(shí)記錄在白紙上，然后從這一點(diǎn)畫(huà)水平線和豎直線作為x軸和y軸，豎直線是用________來(lái)確定的．(3)圖5－3－10某同學(xué)建立的直角坐標(biāo)系如圖5－3－10所示，設(shè)他在安裝實(shí)驗(yàn)裝置和其余操作時(shí)準(zhǔn)確無(wú)誤，只有一處失誤，即是____________________________________________________________．圖5－3－10(4)該同學(xué)在軌跡上任取一點(diǎn)M，測(cè)得坐標(biāo)為(x，y)，則初速度的測(cè)量值為_(kāi)_______________，測(cè)量值比真實(shí)值要________________(填“偏大”、“偏小”或“不變”)．答案(1)將小球放置在槽口處軌道上，小球能保持靜止(2)重錘線(3)坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該是小球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)(4)v0＝xeq\r(\f(g,2y))偏大解析(1)水平時(shí)小球處處平衡，放在槽口能靜止不動(dòng)；(2)用重錘來(lái)確定豎直線最準(zhǔn)確；(3)描繪的小球的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)應(yīng)是描繪球心的位置，因此坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)在平拋起點(diǎn)的球心位置，即坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該是小球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)；(4)根據(jù)x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2，兩式聯(lián)立得：v0＝xeq\r(\f(g,2y))因?yàn)樽鴺?biāo)原點(diǎn)靠下，造成y值偏小，從而v0偏大5．(1)平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：①水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)；②豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)．如圖5－3－11所示為研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，現(xiàn)把兩個(gè)小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上，然后切斷電磁鐵C的電源，使一個(gè)小鐵球從軌道A射出，并在射出時(shí)碰到碰撞開(kāi)關(guān)S，使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球，兩鐵球同時(shí)落到地面．這個(gè)實(shí)驗(yàn) ()圖5－3－11A．只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第①條B．只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第②條C．不能說(shuō)明上述規(guī)律中的任何一條D．能同時(shí)說(shuō)明上述兩條規(guī)律圖5－3－12(2)做雜技表演的汽車(chē)從高臺(tái)水平飛出，在空中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后著地．一架相機(jī)通過(guò)多次曝光，拍攝得到汽車(chē)在著地前后一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)照片，如圖5－3－12所示(虛線為正方形格子)．已知汽車(chē)長(zhǎng)度為m，相鄰兩次曝光的時(shí)間間隔相等，第三個(gè)像是剛好著地的時(shí)刻，由照片可以推算出汽車(chē)離開(kāi)高臺(tái)時(shí)的瞬時(shí)速度大小為_(kāi)_______m/s，高臺(tái)離地面的高度為_(kāi)_______m．(取g＝10m/s2)答案(1)B(2)12解析(1)由于左端小鐵球平拋的同時(shí)，右端小鐵球開(kāi)始做自由落體，且兩球同時(shí)落地，說(shuō)明平拋的小鐵球在豎直方向上和右端小鐵球做同樣的運(yùn)動(dòng)，也做自由落體運(yùn)動(dòng)，但無(wú)法說(shuō)明平拋小鐵球在水平方向的運(yùn)動(dòng)，故只有B正確．(2)汽車(chē)在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，由Δh＝gT2可得，兩次曝光的時(shí)間間隔為T(mén)＝eq\r(\f(Δh,g))＝eq\r(\f(l,g))＝eq\r(\f,10))s＝s前三個(gè)像中，中間位置車(chē)的豎直速度為vy＝eq\f(3l,2T)＝eq\f(3×,2×m/s＝9m/s汽車(chē)從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到中間位置的豎直位移為h1＝eq\f(veq\o\al(2,y),2g)＝eq\f(92,2×10)m＝m從拋出點(diǎn)到地面的高度為h2＝h1＋2l＝＋2×m＝m水平初速度v0＝eq\f(2l,T)＝eq\f(2×,m/s＝12m/s.6.圖5－3－13某物理實(shí)驗(yàn)小組利用如圖5－3－13所示裝置測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度．在地面上沿拋出的速度方向水平放置一把刻度尺，讓?xiě)覓煸趻伋鳇c(diǎn)處的重錘的投影落在刻度尺的零刻度線上，則利用小球在刻度尺上的落點(diǎn)位置，就可以直觀地得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度．下列各圖表示四位同學(xué)在刻度尺旁邊分別制作出的速度標(biāo)尺(圖中P點(diǎn)為重錘的投影位置)，其中可能正確的是 ()圖5－3－13答案A解析設(shè)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的豎直高度為h，由h＝eq\f(1,2)gt2，得t＝eq\r(\f(2h,g))；在水平方向有x＝v0t，得v0＝eq\f(x,t)，即平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移x＝v0eq\r(\f(2h,g))，可見(jiàn)x與v0成正比，在速度標(biāo)尺上的速度值應(yīng)該是均勻分布的，選項(xiàng)A正確．7．如圖5－3－14所示，用底部帶孔的玻璃試管和彈簧可以組裝一個(gè)簡(jiǎn)易“多功能實(shí)驗(yàn)器”，利用該實(shí)驗(yàn)器，一方面能測(cè)彈簧的勁度系數(shù)，另一方面可測(cè)量小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度．圖5－3－14(1)用該裝置測(cè)量彈簧勁度系數(shù)k時(shí)需要讀出幾次操作時(shí)的________________和________________，然后由公式________________求出k的平均值．(2)使用該裝置測(cè)量小球的初速度時(shí)，需要多次將彈簧的右端壓到________(選填“同一”或“不同”)位置．然后分別測(cè)出小球幾次飛出后的________________和________________，再由公式________________求出初速度的平均值．答案(1)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F彈簧的伸長(zhǎng)量Δxk＝eq\f(F,Δx)(2)同一水平位移x豎直高度yv0＝xeq\r(\f(g,2y))解析(1)根據(jù)胡克定律F＝kΔx，可得k＝eq\f(F,Δx).彈簧的勁度系數(shù)可由彈簧的伸長(zhǎng)量(或壓縮量)和彈力計(jì)算．(2)物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平方向上x(chóng)＝v0t；豎直方向上y＝eq\f(1,2)gt2.所以v0＝xeq\r(\f(g,2y)).8．某同學(xué)利用如圖5－3－15甲所示裝置做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)紙上描出了小球水平拋出后的運(yùn)動(dòng)軌跡，但不慎將畫(huà)有軌跡圖線的坐標(biāo)紙丟失了一部分，剩余部分如圖乙所示．圖乙中水平方向與豎直方向每小格的長(zhǎng)度均代表m，P1、P2和P3是軌跡圖線上的3個(gè)點(diǎn)，P1和P2、P2和P3之間的水平距離相等．完成下列填空：(重力加速度取10m/s2)圖5－3－15(1)設(shè)P1、P2和P3的橫坐標(biāo)分別為x1、x2和x3，縱坐標(biāo)分別為y1、y2和y3.從圖乙中可讀出|y1－y2|＝________m，|y1－y3|＝________m，|x1－x2|＝________m．(保留兩位小數(shù))(2)若已知拋出后小球在水平方向上做勻速運(yùn)動(dòng)．利用(1)中讀取的數(shù)據(jù)，求出小球從P1運(yùn)動(dòng)到P2所用的時(shí)間為_(kāi)_______s，小球拋出后的水平速度為_(kāi)_______m/s.答案(1)(2)解析(1)由題圖乙可知P1與P2兩點(diǎn)在豎直方向的間隔為6格，P1與P3兩點(diǎn)在豎直方向的間隔為16格，所以有|y1－y2|＝m，|y1－y3|＝m，P1與P2兩點(diǎn)在水平方向的距離為6格，則有|x1－x2|＝m.(2)由拋出后小球在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，又P1和P2、P2和P3之間的水平距離相等可知，小球從P1運(yùn)動(dòng)到P2所用的時(shí)間和從P2運(yùn)動(dòng)到P3所用的時(shí)間相等，設(shè)小球從P1運(yùn)動(dòng)到P2所用的時(shí)間為T(mén)，由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得|x1－x2|＝v0T，|y2－y3|－|y1－y2|＝gT2，|y2－y3|＝m，聯(lián)立解得T＝s，v0＝m/s.圖5－3－169.在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長(zhǎng)L＝cm，若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖5－3－16中a、b、c、d所示，則圖5－3－16圖5－3－16(1)求小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度的計(jì)算式(用L、g表示)，其值是多少？圖5－3－16(2)a點(diǎn)是平拋小球拋出點(diǎn)的位置嗎？如果不是，那么拋出點(diǎn)的位置怎樣確定？答案(1)v0＝2eq\r(gL)m/s(2)見(jiàn)解析解析(1)平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，即初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)，由水平方向ab＝bc＝cd知相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔相等，設(shè)為T(mén)，豎直方向相鄰兩點(diǎn)間位移之差相等，Δy＝L，由Δy＝gT2得：L＝gT2，時(shí)間T內(nèi)，水平位移為x＝2L可得v0＝eq\f(x,T)＝eq\f(2L,\r(\f(L,g)))＝2eq\r(Lg)＝2×eq\r×10－2×m/s＝m/s.(2)由于ab、bc、cd間豎直位移之比不滿足1