春新版人教版高中物理同步測評實驗研究平拋運動的特點

第3節(jié)實驗：探究平拋運動的特點1．以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受eq\o(□,\s\up3(01))重力的作用，這時的運動叫作eq\o(□,\s\up3(02))拋體運動。如果初速度是沿eq\o(□,\s\up3(03))水平方向的，就是平拋運動。2．實驗思路(1)由于物體是沿eq\o(□,\s\up3(04))水平方向拋出的，在運動過程中只受到eq\o(□,\s\up3(05))豎直向下的重力作用，因此可以將平拋運動分解為eq\o(□,\s\up3(06))水平方向的分運動和eq\o(□,\s\up3(07))豎直方向的分運動。我們需要知道這兩個方向的eq\o(□,\s\up3(08))位移或eq\o(□,\s\up3(09))速度隨時間變化的信息。(2)分析與猜想：由于小球在平拋運動過程只受eq\o(□,\s\up3(10))重力作用，小球在水平方向不受力的作用，故水平方向沒有eq\o(□,\s\up3(11))加速度，水平方向做eq\o(□,\s\up3(12))勻速直線運動。在豎直方向，根據(jù)牛頓第二定律，小球在重力的作用下產(chǎn)生的加速度為eq\o(□,\s\up3(13))重力加速度，而在豎直方向的初速度為eq\o(□,\s\up3(14))零，豎直方向做eq\o(□,\s\up3(15))自由落體運動。3．進(jìn)行實驗(1)方案一：設(shè)法記錄做平拋運動的物體經(jīng)過eq\o(□,\s\up3(16))相等時間間隔所到達(dá)的位置，獲得水平方向和豎直方向的eq\o(□,\s\up3(17))位移隨時間變化的具體數(shù)據(jù)，便可以獨立分析水平方向和豎直方向的運動規(guī)律。可以用頻閃照相或者錄制視頻的方法，記錄物體在不同時刻的位置。(2)方案二：在水平和豎直兩個方向中，先研究其中一個方向的運動規(guī)律，再設(shè)法分析另外一個方向的運動規(guī)律。典型考點一探究平拋運動的特點的基本思路1．兩個同學(xué)根據(jù)不同的實驗條件，進(jìn)行了“探究平拋運動的特點”的實驗：(1)甲同學(xué)采用如圖甲所示的裝置，用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開自由下落，觀察到兩球同時落地。改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明_____________________。(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置，兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射兩個相同的小鐵球P、Q，其中M、N的末端可看作與光滑的水平板相切，兩軌道上端C、D處分別裝有電磁鐵；調(diào)節(jié)兩電磁鐵的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道末端的水平初速度v0相等。現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在兩電磁鐵上，然后切斷電源，使兩小球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端射出。實驗可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是______________________。僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_______________________。答案(1)平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動(2)P球擊中Q球平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動解析(1)圖甲是通過實驗來探究平拋運動的小球在豎直方向上的運動特點。結(jié)論為：平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動。(2)圖乙是通過實驗來探究平拋運動的小球在水平方向上的運動特點。實驗現(xiàn)象是：P球擊中Q球。結(jié)論為：平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動。典型考點二用斜槽軌道探究平拋運動水平分運動的特點2．在“探究平拋物體的運動特點”實驗中，為了描出物體的運動軌跡，實驗應(yīng)有下列各個步驟：A．以O(shè)為原點，畫出與y軸相垂直的水平方向的x軸；B．把事先做好的有缺口的紙片用手按在豎直木板上，使由斜槽上滾下、拋出的小球正好從紙片的方孔中通過，用鉛筆在白紙上描下小球穿過這個缺口的位置；C．每次都使小球從斜槽上固定的標(biāo)卡位置開始滾下，用同樣的方法描出小球經(jīng)過的一系列位置，并用平滑的曲線把它們連接起來，這樣就描出了小球做平拋運動的軌跡；D．用圖釘把白紙釘在豎直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽；E．把斜槽末端拉高一個球半徑處定為O點，在白紙上描出O點，利用重錘線在白紙上畫出過O點向下的豎直線，定為y軸。(1)在上述的實驗步驟中，缺少的步驟F是_____________________。(2)在實驗中，實驗步驟的正確順序是________。答案(1)調(diào)整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，說明斜槽末端切線已水平(2)DFEABC解析在“探究平拋物體的運動特點”實驗中，影響探究、測量誤差的重要因素之一是斜槽末端切線是否水平，而本題提供的步驟中正缺少對斜槽的調(diào)整。其安裝、調(diào)整要求是：斜槽末端切線應(yīng)水平。具體操作方法是：調(diào)整斜槽，并將小球放在斜槽末端，輕輕撥動小球，若小球可停留在槽末端的任何位置，說明斜槽末端切線已調(diào)整成水平。因此，(1)缺少的步驟F是：調(diào)整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，說明斜槽末端切線已水平。(2)實驗步驟的正確順序是DFEABC。3．(1)在做“探究平拋運動的特點”實驗時，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的有________。A．游標(biāo)卡尺 B．秒表C．坐標(biāo)紙 D．天平E．彈簧測力計 F．重錘線(2)(多選)實驗中，下列說法正確的是()A．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下B．斜槽軌道必須光滑C．要使描出的軌跡更好地反映真實運動，記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些D．斜槽軌道末端可以不水平(3)(多選)引起實驗結(jié)果偏差較大的原因可能是()A．安裝斜槽時，斜槽末端切線方向不水平B．確定Oy軸時，沒有用重錘線C．斜槽不是絕對光滑的，有一定摩擦D．空氣阻力對小球運動有較大影響答案(1)CF(2)AC(3)ABD解析(1)實驗中需要在坐標(biāo)紙上記錄小球的位置，描繪小球的運動軌跡，需要利用重錘線確定坐標(biāo)軸的y軸。故C、F是需要的。(2)使小球從斜槽上同一位置自由滾下，才能保證每次的軌跡相同，A正確；斜槽軌道不必須光滑，只要能使小球水平飛出的初速度相同即可，B錯誤；實驗中記錄的點越多，軌跡越精確，C正確；斜槽軌道末端必須水平，才能保證小球離開斜槽后做平拋運動，D錯誤。(3)小球從斜槽末端飛出時，斜槽末端切線不水平，y軸方向不沿豎直方向，空氣阻力對小球運動有較大影響，都會影響小球的運動軌跡，從而引起較大的實驗誤差，而斜槽不絕對光滑只會影響小球平拋的初速度大小，不會引起實驗結(jié)果偏差較大，故A、B、D正確，C錯誤。典型考點三用頻閃照相法探究平拋運動的特點4．小球做平拋運動的頻閃照片的一部分如圖所示，圖中每小格邊長為cm，閃光的頻率為每秒30次，由圖可知，小球在水平方向做________運動，水平初速度是________m/s；豎直方向的加速度是________m/s2，故在豎直方向做的是________運動。答案勻速直線自由落體解析由圖可知，每隔eq\f(1,30)s小球在水平方向向右運動cm，故小球在水平方向做勻速直線運動，水平初速度v0＝eq\f×10－2,\f(1,30))m/s＝m/s；連續(xù)相等的時間eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,30)s))內(nèi)豎直方向的位移差均為cm，故小球在豎直方向做勻加速運動，加速度a＝eq\f(Δy,T2)＝eq\f×10－2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,30)))2)m/s2＝m/s2，近似等于重力加速度，故在豎直方向做自由落體運動。典型考點四實驗創(chuàng)新設(shè)計5．如圖所示，探究平拋運動的特點的實驗裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間，底板上的標(biāo)尺可以測得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝m不變。改變小球在斜槽導(dǎo)軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運動的初速度v0、飛行時間t和水平位移d，記錄在表中。v0(m/s)t(ms)d(cm)(1)由表中數(shù)據(jù)可知，在h一定時，小球水平位移d與其初速度v0成________關(guān)系。(2)一位同學(xué)計算出小球飛行時間的理論值t理＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(\f(2×,10))s＝ms，發(fā)現(xiàn)理論值與測量值之差約為3ms。經(jīng)檢查，實驗及測量無誤，其原因是________________________________________________。(3)另一位同學(xué)分析并糾正了上述偏差后，另做了這個實驗，竟發(fā)現(xiàn)測量值t′依然大于自己得到的理論值t理′，但二者之差在3～7ms之間，且初速度越大差值越小。對實驗裝置的安裝進(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______________。答案(1)正比(2)計算時重力加速度取值(10m/s2)大于實際值(3)見解析解析(1)由題表中數(shù)據(jù)可知，h一定時，小球的水平位移d與其初速度v0成正比關(guān)系。(2)該同學(xué)計算時重力加速度取的是10m/s2，而實際重力加速度約為m/s2，故導(dǎo)致約3ms的偏差。(3)光電門傳感器置于槽口的內(nèi)側(cè)，使時間的測量值大于理論值，且初速度越大，二者差值越小。1．(多選)在探究平拋運動的特點時，可以選用如圖所示的各種裝置圖，以下說法正確的是()A．選用裝置1探究平拋物體的水平分運動的特點，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時落地B．選用裝置2要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示的平拋軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C．選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放D．除上述裝置外，也能用數(shù)碼照相機(jī)拍攝鋼球做平拋運動時每秒15幀的錄像獲得平拋軌跡答案BD解析選用裝置1探究平拋物體的豎直分運動的特點，應(yīng)該用耳朵聽聲音判斷A、B兩球是否同時落地，所以A錯誤；裝置2中豎直管上端A一定要低于水面，才能保證兩管上端之間的壓強(qiáng)差恒定，水離開噴嘴時的速度恒定，所以B正確；裝置3中從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，才能保證每次平拋運動的初速度相同，因此C錯誤；D正確。2．在“探究平拋物體的運動特點”的實驗中，在安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是()A．保證小球飛出時，速度既不太大，也不太小B．保證小球飛出時，初速度水平C．保證小球在空中運動的時間每次都相等D．保證小球運動的軌跡是一條拋物線答案B解析斜槽末端切線必須水平，是為了確保初速度水平，以滿足平拋運動的條件，故B正確。3．(多選)在做“探究平拋運動的特點”的實驗中，下列說法中正確的是()A．安裝斜槽和木板時，一定要注意木板是否豎直B．安裝斜槽和木板時，只要注意小球不和木板發(fā)生摩擦即可C．每次實驗都要把小球從同一位置由靜止釋放D．實驗的目的是描出小球的運動軌跡，分析平拋運動的特點答案ACD解析安裝斜槽和木板時，木板要豎直，以保證描點準(zhǔn)確，故A正確，B錯誤；為保證小球每次做平拋運動的初速度相同，每次實驗都要把小球從同一位置由靜止釋放，故C正確；實驗?zāi)康木褪沁x項D所述，故D正確。4．如圖所示為利用頻閃攝影方法拍攝的探究物體做平拋運動的特點的照片，圖中A、B、C為三個同時由同一點O出發(fā)的相同小球。OA′為A球在光滑水平面上以速度v運動的軌跡；OB′為B球以速度v被水平拋出后的運動軌跡；OC′為C球自由下落的運動軌跡。通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：(1)_____________________________(2)_____________________________答案(1)做平拋運動的物體在水平方向做勻速直線運動。(2)做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動。解析仔細(xì)觀察照片可以發(fā)現(xiàn)，B、C兩球在任一曝光瞬間的位置總在同一水平線上，說明平拋運動小球B在豎直方向上的運動規(guī)律與自由落體運動相同；而A、B兩小球在任一曝光瞬間的位置總在同一豎直線上，說明平拋運動小球B在水平方向上的運動規(guī)律與勻速直線運動相同。5．做雜技表演的汽車從高臺水平飛出，在空中運動后著地，一架照相機(jī)通過多次曝光，拍攝到汽車在著地前后一段時間內(nèi)的運動照片如圖所示(虛線為正方形格子)。已知汽車長度為m，相鄰兩次曝光的時間間隔相等，由照片可推算出汽車離開高臺時的瞬時速度大小為________m/s，高臺離地面的高度為________m。(g取10m/s2)答案12解析由照片知在前兩段曝光的時間間隔內(nèi)，汽車的豎直位移之差Δy＝l＝m，又Δy＝gT2，所以相鄰兩次曝光的時間間隔T＝eq\r(\f(Δy,g))＝eq\r(\f,10))s＝s。相鄰兩次曝光時間內(nèi)的水平位移2l＝m，所以汽車離開高臺時的瞬時速度大小v0＝eq\f(2l,T)＝eq\f,m/s＝12m/s。第二次曝光時車的豎直速度vy＝eq\f(3l,2T)＝eq\f(3×,2×m/s＝9m/s，此時，車下落的時間t1＝eq\f(vy,g)＝eq\f(9,10)s＝s，從開始到落地的總時間t2＝t1＋T＝s，故高臺離地面的高度h＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)×10×m＝m。6．在“探究平拋運動的特點”實驗中，(1)圖1是用橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點，確定平拋運動軌跡的方法，坐標(biāo)原點應(yīng)選小球在斜槽末端點時的________在坐標(biāo)紙上的水平投影點。A．球心B．球的上端C．球的下端在此實驗中，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道必須光滑B．記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些C．用光滑曲線把所有的點連接起來D．y軸的方向根據(jù)重錘線確定(2)圖2是利用圖1裝置拍攝小球做平拋運動的頻閃照片，由照片可判斷實驗操作錯誤的是________。A．釋放小球時初速度不為0B．釋放小球的初始位置不同C．斜槽末端切線不水平答案(1)BBD(2)C解析(1)由題干中確定小球平拋運動軌跡的方法及實驗原理知，坐標(biāo)原點應(yīng)選小球在斜槽末端點時小球的上端在坐標(biāo)紙上的水平投影點，所以選B。實驗過程中，斜槽軌道不一定光滑，只要能夠保證小球從同一位置靜止釋放，即使軌道粗糙，小球離開斜槽末端的速度也是一樣的，所以A錯誤；記錄點應(yīng)適當(dāng)多一些，能夠保證描點所得的軌跡更平滑、準(zhǔn)確，B正確；描點時與平滑曲線偏差過大的點須舍去，C錯誤；y軸必須沿豎直方向，即用重錘線確定，即D正確。(2)由題圖2可知斜槽末端切線不水平，才會造成小球離開斜槽后做斜拋運動，C符合題意。7．在做“研究平拋運動”的實驗時，通過描點法畫出小球平拋運動的軌跡，并求出平拋運動的初速度，實驗裝置如圖甲所示。(1)實驗時將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，實驗前要檢查木板是否水平，請簡述你的檢查方法：______________________。(2)關(guān)于這個實驗，下列說法正確的是________。A．小球釋放的初始位置越高越好B．每次小球要從同一高度由靜止釋放C．實驗前要用重錘線檢查坐標(biāo)紙上的豎線是否豎直D．小球的平拋運動要靠近木板但不接觸(3)在做“研究平拋運動”的實驗時，坐標(biāo)紙應(yīng)當(dāng)固定在豎直的木板上，圖中坐標(biāo)紙的固定情況與斜槽末端的關(guān)系正確的是________。(4)某同學(xué)在描繪平拋運動軌跡時，得到的部分軌跡曲線如圖乙所示。在曲線上取A、B、C三個點，測量得到A、B、C三點間豎直距離h1＝cm，h2＝cm，A、B、C三點間水平距離x1＝x2＝x＝cm，g取10m/s2，則小球平拋運動的初速度v0的計算式為________(用字母h1、h2、x、g表示)，代入數(shù)據(jù)得其大小為________m/s。答案(1)將小球放在木板的任意位置，小球靜止不動，則木板水平(或用水平儀檢查木板是否水平等)(2)BCD(3)C(4)xeq\r(\f(g,h2－h(huán)1))解析(1)使小球做平拋運動，關(guān)鍵是使斜槽末端切線水平，檢查木板是否水平可以將小球放在斜槽的末端(或木板上的任意位置)看小球能否靜止，或用水平儀檢查木板是否水平等。(2)小球釋放的初始位置并非越高越好，若是太高，導(dǎo)致水平拋出的速度太大，實驗難以操作，故A錯誤；因為要畫同一運動的軌跡，故每次釋放小球的位置必須相同，且由靜止釋放，以保證獲得相同的初速度，故B正確；小球豎直方向做自由落體運動，水平方向做勻速運動，為了正確描繪其軌跡，必須確保坐標(biāo)紙上的豎線是豎直的，故C正確；實驗要求小球滾下時不能碰到豎直木板平面，避免因摩擦而使運動軌跡改變，最后軌跡應(yīng)連成平滑的曲線，故D正確。(3)斜槽末端是水平的，小球做平拋運動，要分解為水平和豎直方向的分運動，故方格紙應(yīng)該水平豎直，坐標(biāo)原點應(yīng)該與小球在斜槽末端靜止時在豎直木板上的投影重合，故C正確。(4)小球在豎直方向做勻變速直線運動，連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)，因此有h2－h(huán)1＝gt2，所以t＝eq\r(\f(h2－h(huán)1,g))，小球平拋運動的初速度大小為v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,h2－h(huán)1))，代入數(shù)據(jù)，解得v0＝m/s。8．在做“研究平拋運動”的實驗中，為了確定小球在不同時刻所通過的位置，實驗時采用如圖所示的裝置。先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙，并將該木板豎直立于槽口附近處，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠(yuǎn)離槽口方向平移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B