專題03實驗探究平拋運(yùn)動的特點（精講）

?第五章拋體運(yùn)動專題03實驗：探究平拋運(yùn)動的特點◆網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建◆重點重點全歸納一、實驗?zāi)康?．用實驗的方法描繪平拋運(yùn)動的軌跡。2．判斷平拋運(yùn)動的軌跡是否為拋物線。3．根據(jù)平拋運(yùn)動的軌跡求其初速度。二、實驗原理1．利用追蹤法逐點描繪小球運(yùn)動的軌跡。2．建立坐標(biāo)系，如果軌跡上各點的y坐標(biāo)與x坐標(biāo)若在誤差范圍內(nèi)都滿足y＝ax2的形式(a是一個常量)，則軌跡是一條拋物線。3．測出軌跡上某點的坐標(biāo)x、y，根據(jù)x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2得初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))。三、實驗器材斜槽、小球、方木板、鐵架臺、坐標(biāo)紙、圖釘、重垂線、三角板、鉛筆、刻度尺。四、實驗過程1．安裝、調(diào)整背板：將白紙放在復(fù)寫紙下面，然后固定在裝置背板上，并用重垂線檢查背板是否豎直．2．安裝、調(diào)整斜槽：將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，用平衡法檢查斜槽末端是否水平，也就是將小球放在斜槽末端直軌道上，小球若能靜止在直軌道上的任意位置，則表明斜槽末端已調(diào)水平，如圖。3．描繪運(yùn)動軌跡：讓小球在斜槽的某一固定位置由靜止?jié)L下，并從斜槽末端飛出開始做平拋運(yùn)動，小球落到傾斜的擋板上，擠壓復(fù)寫紙，會在白紙上留下印跡．取下白紙用平滑的曲線把這些印跡連接起來，就得到小球做平拋運(yùn)動的軌跡。4．確定坐標(biāo)原點及坐標(biāo)軸：選定斜槽末端處小球球心在白紙上的投影的點為坐標(biāo)原點O，從坐標(biāo)原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。五、數(shù)據(jù)處理1．判斷平拋運(yùn)動的軌跡是不是拋物線如圖所示，在x軸上作出等距離的幾個點A1、A2、A3…，把線段OA1的長度記為l，則OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3…向下作垂線，與軌跡交點分別記為M1、M2、M3…，若軌跡是一條拋物線，則各點的y坐標(biāo)和x坐標(biāo)之間應(yīng)該滿足關(guān)系式y(tǒng)＝ax2(a是待定常量)，用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標(biāo)值代入y＝ax2求出a，再測量其他幾個點的x、y坐標(biāo)值，代入y＝ax2，若在誤差范圍內(nèi)都滿足這個關(guān)系式，則這條曲線是一條拋物線。2．計算平拋物體的初速度情景1：若原點O為拋出點，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多個初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))，最后求出初速度的平均值，這就是做平拋運(yùn)動的物體的初速度。情景2：若原點O不是拋出點①在軌跡曲線上取三點A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示．A到B與B到C的時間相等，設(shè)為T.②用刻度尺分別測出yA、yB、yC，則有yAB＝y(tǒng)B－yA，yBC＝y(tǒng)C－yB.③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上兩式得v0＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB)).技巧技巧會運(yùn)用注意事項1．固定斜槽時，要保證斜槽末端的切線水平，以保證小球的初速度水平，否則小球的運(yùn)動就不是平拋運(yùn)動了。2．小球每次從槽中的同一位置由靜止釋放，這樣可以確保每次小球拋出時的速度相等。3．坐標(biāo)原點(小球做平拋運(yùn)動的起點)不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時，球的球心在背板上的水平投影點。題型題型易突破題型實驗：探究平拋運(yùn)動的特點典例某實驗小組利用頻閃照相技術(shù)研究平拋運(yùn)動的規(guī)律。如圖甲所示，某次實驗時，先將一足夠大的方格紙平鋪在豎直墻壁上作為背景。拍攝時，讓一小球從點水平拋出的同時，從點由靜止釋放另一小球，已知背景的小方格均為邊長為的正方形，重力加速度為，空氣阻力不計。典例（1）根據(jù)圖甲中的信息，下列說法中正確的是。．只能確定水平拋出的小球水平方向的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動．只能確定水平拋出的小球豎直方向的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動．既可以確定水平拋出的小球水平方向的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動，也可以確定豎直方向的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動（2）根據(jù)圖甲中的信息可求出：頻閃照相機(jī)的閃光周期的平方為（保留兩位有效數(shù)字）。（3）如圖乙所示，某同學(xué)實驗時隨意平鋪方格紙，并忘了標(biāo)記重垂線方向。用另一頻閃周期得到的頻閃照片中只有、、三個位置，則該平拋運(yùn)動的初速度大?。ㄓ梅?、表示）?！敬鸢浮浚?）；（2）0.0041；（3）。【分析】（1）由圖甲可知，小球在水平方向的位移在相等時間間隔的變化量相等，在豎直方向的位移在相等的時間間隔的變化量成比例，即小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向做自由落體運(yùn)動，這也是平拋運(yùn)動的規(guī)律；（2）根據(jù)自由落體運(yùn)動的規(guī)律求解即可；（3）根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律，結(jié)合題中實驗數(shù)據(jù)求解?！窘獯稹拷猓海?）因為相鄰兩照片間的時間間隔相等，水平位移相等，可知小球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與另一球運(yùn)動的規(guī)律相同，可以確定豎直方向的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動。故正確，錯誤。故選：。（2）根據(jù)自由落體運(yùn)動的規(guī)律有：△解得：（3）設(shè)沿重垂線方向的分量為，沿垂直重垂線方向的分量為，沿重垂線方向的分量為，沿垂直重垂線方向的分量為，則有：頻閃照片中只有、、三個位置，可得：，，相鄰點跡間的時間間隔相等，則有：解得：故答案為：（1）；（2）0.0041；（3）?！靖櫨?】圖甲是“研究平拋物體的運(yùn)動”的實驗裝置圖：（1）實驗前應(yīng)對實驗裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到斜槽末端切線，每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了使每次小球平拋的相同。（2）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是。游標(biāo)卡尺秒表坐標(biāo)紙（或“白紙復(fù)寫紙”天平刻度尺重垂線（3）如圖乙所示，、、是小球平拋軌跡在方格紙上的三個位置。已知方格紙每一小格長，，計算小球平拋的初速度，小球在點的速度。（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【跟蹤練2】（1）在做“研究平拋物體的運(yùn)動”實驗時，除了鐵板、小球、斜槽、鉛筆、復(fù)寫紙、白紙、磁條之外，下列器材中還需要的是。．彈簧秤．刻度尺．天平．秒表（2）實驗中，下列說法正確的是。．斜槽軌道必須光滑．小球可從斜槽上不同的位置自由滑下．斜槽軌道末端可以不水平．要使描出的軌跡更好地反映真實運(yùn)動，記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些（3）如圖甲是“研究平拋物體的運(yùn)動”的實驗裝置圖，如圖乙是正確實驗取得的數(shù)據(jù)，其中為拋出點，則此小球做平拋運(yùn)動的初速度為。取，保留兩位有效數(shù)字）【跟蹤練3】在“探究平拋運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律”的實驗中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動的軌跡，實驗簡要步驟如下：．讓小球多次從位置滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。．按圖安裝好器材，注意，記下平拋初位置點和過點的豎直線。．取下白紙，以為原點，以豎直線為軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋運(yùn)動物體的軌跡。完成上述步驟，正確的實驗順序是?！靖櫨?】圖（a）是“探究平拋運(yùn)動的特點”的實驗裝置，圖（b）是實驗中拍攝的頻閃照片，由此可知小球做的不是平拋運(yùn)動。其原因可能是A．斜槽末端不水平 B．斜槽末端不光滑 C．釋放小球的位置偏高 D．釋放小球時有初速度【跟蹤練5】如圖所示為在探究平拋運(yùn)動的實驗中，某實驗小組測得了物體水平方向位移隨時間變化的圖像和豎直方向速度隨時間變化的圖像。對于物體在內(nèi)的運(yùn)動，下列說法正確的是A．物體在水平方向上做勻加速直線運(yùn)動 B．物體在豎直方向上下落的高度約為 C．物體在水平方向上的速度大小約為 D．物體在相等時間內(nèi)的速度變化量不斷增大【跟蹤練6】為了研究平拋運(yùn)動的特點，老師做了如下演示實驗：實驗裝置如圖所示，將小球緊靠彈性金屬片放在水平臺的邊緣，彈性金屬片夾住小球?，F(xiàn)用小錘打擊彈性金屬片，使球水平拋出的同時球被松開下落。關(guān)于該實驗，下列說法中正確的是A．應(yīng)保持兩球的質(zhì)量相等 B．應(yīng)保持裝置的高度不變進(jìn)行多次實驗 C．應(yīng)改變裝置的高度分別進(jìn)行多次實驗 D．這個實驗的目的是為了說明球在水平方向做勻速直線運(yùn)動【跟蹤練7】套圈游戲深得人們的喜愛。游戲時，將圓圈向前拋出，套中目標(biāo)即為獲勝。假定沿水平方向?qū)A圈拋出，忽略空氣阻力，取。（1）圓圈在空中。．做勻速運(yùn)動．做勻變速直線運(yùn)動．做勻變速曲線運(yùn)動．做變加速曲線運(yùn)動（2）若初速度，則從拋出開始，到的時間內(nèi)圓圈速度變化的方向。．豎直向下．在水平方向上．與水平方向成角斜向上．與水平方向成角斜向下（3）某同學(xué)在試投時，圓圈落在圖2中的虛線位置。正式投擲時，為了能套住小熊，應(yīng)。．保持初速度不變，增大拋出點的高度．保持初速度不變，減小拋出點的高度．保持拋出點的高度不變，增大初速度．同時增大拋出點的高度和初速度（4）為探究圓圈在水平方向的運(yùn)動規(guī)律，某同學(xué)在實驗室用圖3所示裝置進(jìn)行研究。下列說法中合理的是。．應(yīng)選用體積較大的木球研究．每次小球釋放的初始位置可以改變．斜槽出口處不一定要水平．斜槽的摩擦力對探究小球在水平方向的運(yùn)動規(guī)律沒有影響（5）另一同學(xué)用頻閃照相拍下圓圈運(yùn)動的照片如圖4所示，已知方格每邊對應(yīng)的實際長度。則：相鄰兩個頻閃的時間間隔△，初速度。（結(jié)果均保留一位小數(shù)）參考答案參考答案1．【答案】（1）水平；初速度；（2）；（3）1.5；2.5【分析】（1）根據(jù)實驗原理分析出斜槽末端的特點和對應(yīng)的目的；（2）根據(jù)實驗原理分析出需要的實驗器材；（3）根據(jù)平拋運(yùn)動不同方向上的運(yùn)動特點，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式得出小球的初速度?！窘獯稹拷猓海?）實驗前應(yīng)對實驗裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到斜槽末端切線水平，每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了每次平拋的初速度相同。（2）、實驗中無需游標(biāo)卡尺，故錯誤；、可以通過豎直方向做自由落體運(yùn)動的規(guī)律計算出時間，不需要秒表，故錯誤；、需要坐標(biāo)紙畫出軌跡，故正確；、計算過程不涉及質(zhì)量，不需要天平，故錯誤；、需要刻度尺測量距離以計算速度，故正確；、需要重垂線確定豎直方向，減小誤差，故正確。故選：。（3），由圖可知，物體由和由所用的時間相等，且有△由圖可知△解得：由解得該小球做平拋運(yùn)動的初速度為豎直方向自由落體運(yùn)動，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度得點的豎直分速度為解得則點的速度為解得故答案為：（1）水平；初速度；（2）；（3）1.5；2.52．【答案】（1）；（2）；（3）1.6【分析】（1）根據(jù)實驗原理分析出需要的實驗器材；（2）根據(jù)實驗原理掌握正確的實驗操作，結(jié)合題目選項完成分析；（3）根據(jù)平拋運(yùn)動的特點，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式得出小球的初速度。【解答】解：（1）還需要刻度尺，刻度尺用于測量印跡間的距離，故正確，錯誤；故選：。（2）．實驗需要保證小球每次水平飛出的速度相同，所以小球可以受到摩擦力，小球必須每次從斜槽的同一位置自由滑下，故錯誤；．實驗要求小球在空中做平拋運(yùn)動，故斜槽末端必須水平，故錯誤；．要使描出的軌跡更好地反映真實運(yùn)動，記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些，故正確。故選：。（3）豎直方向上，小球做自由落體運(yùn)動，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式可得：所以小球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式可得：所以代入得解得：故答案為：（1）；（2）；（3）1.63．【答案】斜槽上的相同，斜槽末端的切線水平，方木板豎直且與小球運(yùn)動軌跡所在豎直面平行；?！痉治觥扛鶕?jù)實驗原理和操作步驟進(jìn)行解答?！窘獯稹拷猓?、為了保證小球每次做平拋運(yùn)動的初速度相等，必須讓小球多次從斜槽上的相同位置由靜止?jié)L下。、為了保證小球離開斜槽時的速度水平，斜槽末端的切線必須水平，以及方木板豎直且與小球運(yùn)動軌跡所在豎直面平行。、按照組裝器材、進(jìn)行實驗、數(shù)據(jù)處理的操作順序，可知上述上述實驗步驟的合理順序是。故答案為：斜槽上的相同，斜槽末端的切線水平，方木板豎直且與小球運(yùn)動軌跡所在豎直面平行；。4．【答案】【分析】根據(jù)做平拋運(yùn)動的條件分析判斷?！窘獯稹拷猓鹤銎綊佭\(yùn)動的條件是物體只受重力、具有水平初速度，由圖可知小球做的是斜上拋運(yùn)動，故斜槽末端不水平，故正確，錯誤。故選：。5．【答案】【分析】根據(jù)水平方向上圖象判斷物體在方向的運(yùn)動性質(zhì)，并求出速度大??；根據(jù)豎直方向上圖象求出加速度，再由圖象的面積求豎直位移?！窘獯稹拷猓?、由圖像知，物體在水平方向的運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動，速度大小，故錯誤，項正確；、由圖像知，物體在豎直方向做勻加速直線運(yùn)動，加速度大小，圖像與軸圍成的面積表示位移，則下落高度，故錯誤；、物體運(yùn)動過程中，加速度恒定，則相等時間內(nèi)的速度變化量相同，故錯誤。故選：。6．【答案】【分析】本題圖源自課本中的演示實驗，通過該裝置可以判斷兩球同時落地，可以驗證做平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動；從而即可求解?！窘獯稹拷猓焊鶕?jù)裝置圖可知，兩球由相同高度同時運(yùn)動，做平拋運(yùn)動，做自由落體運(yùn)動，因此將同時落地，由于兩球同時落地，因此說明、在豎直方向運(yùn)動規(guī)律是相同的，不能說明在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，故根據(jù)實驗結(jié)果可知，平拋運(yùn)動在豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動，不需要兩球質(zhì)量相等，要多次實驗，觀察現(xiàn)象，則應(yīng)改變裝置的高度，多次實驗，故正確；錯誤；故選：。7．【答案】（1）；（2）；（3）；（4）；（5）0.1，2.5?！痉治觥浚?）根據(jù)圓圈運(yùn)動中只受重力分析判斷；（2）根據(jù)加速度的定義式分析判斷；（3）根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律分析判斷；（4）根據(jù)實驗注意事項分析判斷；（5）根據(jù)曲線運(yùn)動速度方向特點畫圖，根據(jù)運(yùn)動學(xué)規(guī)律計算?！窘獯稹拷猓海?）沿水平方向?qū)A圈拋出，忽略空氣阻力，圓圈只受重力作用，圓圈做勻變速曲線運(yùn)動。故錯誤，正確。故選：。（2）圓圈的速度變化△速度變化的方向與重力加速度的方向相同，為豎直向下。故正確，錯誤。故選：。（3）．圓圈水平拋出后做平拋運(yùn)動，水平方向上是勻速直線運(yùn)動，由，可知為了能套住小熊，若保持初速不變，則要減小運(yùn)動時間；由豎直方向上圓圈做自由落體運(yùn)動，由，可知要減小拋出點的高度，故錯誤，正確；．圓圈水平拋出后做平拋運(yùn)動，豎直方向上圓圈做自由落體運(yùn)動，由，可知保持拋出點的高度不變，即運(yùn)動