5.3實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)高一元創(chuàng)物理提前學(xué)強(qiáng)基礎(chǔ)（原卷版）

3實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)核心目標(biāo)1.知道平拋運(yùn)動研究方法，掌握描跡法、頻閃照相法，會描繪平拋運(yùn)動的軌跡，會判斷軌跡是不是拋物線，2.了解獲取及處理數(shù)據(jù)的方法，會根據(jù)平拋運(yùn)動的軌跡，研究平拋運(yùn)動水平和豎直分運(yùn)動的特點(diǎn)。【閱讀+理解】提前學(xué)知識要點(diǎn)問題以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力的作用，這時的運(yùn)動叫作拋體運(yùn)動。如果初速度是沿水平方向的，這樣的拋體運(yùn)動就叫作平拋運(yùn)動。下面我們通過實(shí)驗(yàn)來探究物體做平拋運(yùn)動的特點(diǎn)。1.實(shí)驗(yàn)思路平拋運(yùn)動的軌跡是曲線，比直線運(yùn)動復(fù)雜。我們可以按照把復(fù)雜的曲線運(yùn)動分解為兩個相對簡單的直線運(yùn)動的思路，分別研究物體在豎直方向和水平方向的運(yùn)動特點(diǎn)。大家可能會想到，平拋運(yùn)動可以看作是在豎直方向的分運(yùn)動和水平方向的分運(yùn)動的合運(yùn)動。如果這兩個分運(yùn)動研究清楚了，平拋運(yùn)動的規(guī)律自然就清楚了。2.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為了研究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)，我們應(yīng)該想辦法把運(yùn)動物體的位置隨時間變化的信息記錄下來。比如，用頻閃照相的方法，記錄物體在不同時刻的位置。當(dāng)然也可以用別的方法記錄信息，開展研究。如圖是用頻閃照相的方法記錄的做平拋運(yùn)動的小球每隔相等的時間的位置圖。以左邊第一個小球的中心為原點(diǎn)，沿水平向右和豎直向下的方向建立直角坐標(biāo)系，將各球中心點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)記錄在自己設(shè)計的表格中。3.數(shù)據(jù)分析根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，以及相鄰小球時間間隔相等的特點(diǎn)，分析小球在水平方向分運(yùn)動的特點(diǎn)。然后再按照這個辦法，分析小球在豎直方向分運(yùn)動的特點(diǎn)。4.參考案例步驟1：探究平拋運(yùn)動豎直分運(yùn)動的特點(diǎn)在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，做平拋運(yùn)動，同時B球被釋放，自由下落，做自由落體運(yùn)動。A、B兩球同時開始運(yùn)動。觀察兩球的運(yùn)動軌跡，比較它們落地時間的先后。分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，多次重復(fù)這個實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有什么變化。從這個實(shí)驗(yàn)看，平拋運(yùn)動在豎直方向的分運(yùn)動是什么運(yùn)動？步驟2：探究平拋運(yùn)動水平方向分運(yùn)動的特點(diǎn)如果我們能夠得到平拋運(yùn)動的軌跡，利用前面探究得出的平拋運(yùn)動豎直分運(yùn)動的特點(diǎn)，就可以分析得出平拋運(yùn)動在水平方向分運(yùn)動的特點(diǎn)。在下圖所示的裝置中，斜槽M末端水平。鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運(yùn)動。在裝置中有一個水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N，鋼球飛出后，落到擋板上。實(shí)驗(yàn)前，先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上。鋼球落到傾斜的擋板上后，就會擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡。上下調(diào)節(jié)擋板N，通過多次實(shí)驗(yàn)，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置。最后，用平滑曲線把這些印跡連接起來，就得到鋼球做平拋運(yùn)動的軌跡。根據(jù)步驟1得出的平拋運(yùn)動在豎直方向分速度隨時間變化的規(guī)律，設(shè)法確定“相等的時間間隔”。再看相等的時間內(nèi)水平分運(yùn)動的位移，進(jìn)而確定水平分運(yùn)動的規(guī)律。拓展學(xué)習(xí)：用傳感器和計算機(jī)描繪物體做平拋運(yùn)動的軌跡用傳感器和計算機(jī)可以方便地描出做平拋運(yùn)動的物體的軌跡。一種設(shè)計原理如下左圖所示。物體A在做平拋運(yùn)動，它能夠在豎直平面內(nèi)向各個方向同時發(fā)射超聲波脈沖和紅外線脈沖。在它運(yùn)動的平面內(nèi)安放著超聲—紅外接收裝置B。B盒裝有B1、B2兩個超聲—紅外接收器，并與計算機(jī)相連。B1、B2各自測出收到超聲脈沖和紅外脈沖的時間差，并由此算出它們各自與物體A的距離。從如下左圖可以看出，在這兩個距離確定之后，由于B1、B2兩處的距離是已知的，所以物體A的位置也就確定了。計算機(jī)可以即時給出A的坐標(biāo)。如下中圖是按這樣的原理制作的一種實(shí)驗(yàn)裝置（超聲—紅外接收裝置B的安裝位置與如下左圖不同）。如下右圖圖是某次實(shí)驗(yàn)中計算機(jī)描出的平拋運(yùn)動的軌跡。除此之外，計算機(jī)還能直接給出平拋運(yùn)動的初速度等其他物理量?！纠斫?記憶】常思考筆記重點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)思路1.沿方向以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受力的作用，這時的運(yùn)動叫做平拋運(yùn)動．2.按照運(yùn)動的合成與分解原理，可以把平拋運(yùn)動看成豎直方向和水平方向兩個分運(yùn)動的合運(yùn)動．用法記錄做平拋運(yùn)動物體的位置，獲得軌跡，分別研究物體在這兩個方向的運(yùn)動特點(diǎn)，即可探究其運(yùn)動特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)器材斜槽、鋼球、白紙、復(fù)寫紙、鉛垂線、鉛筆、平拋鐵架臺(有背板及水平放置的可上下調(diào)節(jié)的擋板)．三、實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝調(diào)整（1）將帶有斜槽軌道的木板固定在實(shí)驗(yàn)桌上，使其末端伸出桌面，軌道末端水平．（2）用圖釘將坐標(biāo)紙固定于豎直木板的左上角，把木板調(diào)整到位置，使板面與小球的運(yùn)動軌跡所在平面平行且靠近，如圖所示．2.建坐標(biāo)系：把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口(軌道末端)時球心所在木板上的投影點(diǎn)O，O點(diǎn)即為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用畫出過坐標(biāo)原點(diǎn)的豎直線作為y軸，畫出水平向右的x軸．3.確定小球位置（1）將小球從斜槽上某一位置由靜止?jié)L下，小球從軌道末端射出，先用眼睛粗略確定做平拋運(yùn)動的小球在某一x值處的y值．（2）讓小球由位置自由滾下，在粗略確定的位置附近用鉛筆較準(zhǔn)確地描出小球通過的位置，并在坐標(biāo)紙上記下該點(diǎn)．（3）用同樣的方法確定軌跡上其他各點(diǎn)的位置．4.描點(diǎn)得軌跡：取下坐標(biāo)紙，將坐標(biāo)紙上記下的一系列點(diǎn)用曲線連起來，即得到小球平拋運(yùn)動軌跡．【例題+解析】當(dāng)檢測深究錯題1.小明同學(xué)在做“探究平拋運(yùn)動規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)(1)除了平板、小球、弧形斜槽、鉛筆、圖釘之外，還需要下列的兩項(xiàng)器材是________．A.重垂線 B.秒表C.坐標(biāo)紙 D.天平E.彈簧測力計(2)在實(shí)驗(yàn)時，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動，通過描點(diǎn)法畫出小球做平拋運(yùn)動的軌跡．為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動軌跡，①通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持________(填“水平”或“傾斜”)．②每次釋放小球的位置應(yīng)________(填“相同”或“不同”)．③每次應(yīng)由________(填“運(yùn)動”或“靜止”)釋放小球．④小球運(yùn)動時不與木板上的白紙相接觸．⑤將球的位置記錄在紙上后，取下紙，將點(diǎn)連成平滑的曲線．2.（2022廣東省十五校聯(lián)盟高一（下）第一次聯(lián)考）在“探究平拋運(yùn)動特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中：（1）如圖甲所示，橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端時___________（填選項(xiàng)前的字母）；A．球心B．球的上端C．球的下端（2）在此實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是___________（填選項(xiàng)前的字母）；A．斜槽軌道必須光滑B．記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C．用平滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來D．y軸的方向根據(jù)鉛垂線確定（3）利用此裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片如圖乙所示，由照片可以判斷實(shí)驗(yàn)操作錯誤的是___________（填選項(xiàng)前的字母）；A．釋放小球時初速度不為零B．釋放小球的初始位置不同C．斜槽末端切線不水平（4）如圖丙所示，是研究小球做平拋運(yùn)動過程中所得到的運(yùn)動軌跡，某同學(xué)忘了記錄平拋運(yùn)動的起始點(diǎn)，于是他在平拋運(yùn)動軌跡上選出一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，沿豎直方向建立y軸，垂直y軸方向建立x軸。已知軌跡上A點(diǎn)的坐標(biāo)：，，B點(diǎn)的坐標(biāo)：，，若g取，則小球平拋的初速度大小為___________m/s，小球經(jīng)B點(diǎn)時的豎直分速度的大小為___________m/s。（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）【作業(yè)+練習(xí)】強(qiáng)基礎(chǔ)提升能力【作業(yè)】1.某同學(xué)設(shè)計了一個探究平拋運(yùn)動特點(diǎn)的家庭實(shí)驗(yàn)裝置，如圖所示。在水平桌面上放置一個斜面，每次都讓鋼球從斜面上的同一位置滾下，滾過桌邊后鋼球便做平拋運(yùn)動。在鋼球拋出后經(jīng)過的地方水平放置一塊木板（還有一個用來調(diào)節(jié)木板高度的支架，圖中未畫），木板上放一張白紙，白紙上有復(fù)寫紙，這樣便能記錄鋼球在白紙上的落點(diǎn)。已知平拋運(yùn)動在豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與自由落體運(yùn)動相同，在此前提下，怎樣探究鋼球水平分速度的特點(diǎn)？請指出需要的器材，說明實(shí)驗(yàn)步驟。2.某同學(xué)為了省去上圖中的水平木板，把第1題中的實(shí)驗(yàn)方案作了改變。他把桌子搬到墻的附近，把白紙和復(fù)寫紙附在墻上，使從水平桌面上滾下的鋼球能打在墻上，從而記錄鋼球的落點(diǎn)。改變桌子和墻的距離，就可以得到多組數(shù)據(jù)。如果采用這種方案，應(yīng)該收集哪些數(shù)據(jù)并如何處理這些數(shù)據(jù)？3.某同學(xué)目測桌子高度大約為0.8m，他使小球沿桌面水平飛出，用數(shù)碼相機(jī)拍攝小球做平拋運(yùn)動的錄像（每秒25幀）。如果這位同學(xué)采用逐幀分析的辦法，保存并打印各幀的畫面。他大約可以得到幾幀小球正在空中運(yùn)動的照片？4.小剛同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)，得到了某物體在Oxy平面上運(yùn)動的一條運(yùn)動軌跡，如圖5.38平面直角坐標(biāo)系中的OP曲線所示。他根據(jù)物體運(yùn)動軌跡的特點(diǎn)作出了猜想：如果物體在y方向做勻速直線運(yùn)動，那么物體在x方向必定做勻加速直線運(yùn)動。小剛同學(xué)的猜想是否成立？作圖并給出你的分析過程?！咀鳂I(yè)參考答案】【練習(xí)】1．（2021·浙江高一月考）為了探究平拋運(yùn)動的規(guī)律。老師做了如圖所示演示實(shí)驗(yàn)，來說明平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動，小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時B球被松開自由下落。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的有（）A．所用兩球的質(zhì)量必須相等B．只做一次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩球同時落地，即可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論C．應(yīng)改變裝置的高度多次實(shí)驗(yàn)D．本實(shí)驗(yàn)也能說明A球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動2．（2021·平頂山一中新區(qū)高級中學(xué)高一）利用如圖所示裝置探究平拋運(yùn)動的規(guī)律，兩個相同的弧形軌道M、N位于同一豎直面內(nèi)，N軌道的末端與光滑水平面相切，兩個相同的小球P、Q從軌道M、N上由靜止釋放，P從M軌道的末端水平拋出，Q從N軌道末端向右勻速運(yùn)動。下列說法正確的是（）A．該裝置可以研究P拋出后水平方向的運(yùn)動規(guī)律B．該裝置可以研究P拋出后豎直方向的運(yùn)動規(guī)律C．P、Q的釋放點(diǎn)距M、N軌道末端的高度可以不同D．只做一次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩球相撞即可得到P球在水平方向做勻速運(yùn)動3.研究平拋物體的運(yùn)動在安裝實(shí)驗(yàn)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(yùn)動的時間每次都相等D.保證小球運(yùn)動的軌道是一條拋物線4．用如圖所示裝置做“研究平拋運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)時，為保證小球從斜槽末端水平拋出，下列說法不正確的是（）A．減小斜槽的粗糙程度B．使斜槽末端切線水平C．每次由靜止釋放小球D．每次從同一位置釋放小球5.在“探究平拋運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動的軌跡，實(shí)驗(yàn)簡要步驟如下：A.讓小球多次從________________滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置；B.安裝好器材，注意_________________________________________________________，記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的豎直線；C.取下白紙，以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋運(yùn)動物體的軌跡．(1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上．(2)上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是________．6.如圖所示為噴出細(xì)水流的數(shù)碼相片，照片中刻度尺的最小刻度為毫米，細(xì)水流是水平噴出的，試根據(jù)該照片研究：(1)已知水流做平拋運(yùn)動的水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動，找出研究其豎直分運(yùn)動的方法，并證明豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動；(2)若g取10m/s2，試求水流噴出的速度．7.如圖所示，是利用閃光照相研究平拋運(yùn)動的示意圖．小球A由斜槽滾下，從桌邊緣水平拋出，當(dāng)它恰好離開桌邊緣時，小球B也同時下落，現(xiàn)將閃光頻率為10Hz的閃光器拍攝的四張照片重疊在一起，照片上小球間的距離已在圖中標(biāo)出，兩球恰在位置4相碰．則A球從離開桌面到和B球碰撞時經(jīng)過的時間為______s，A球離開桌面的速度為________m/s.(g＝10m/s2)8.在做“研究平拋物體的運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)時，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動，通過描點(diǎn)法畫出小球做平拋運(yùn)動的軌跡．(1)為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認(rèn)為正確的選項(xiàng)填在橫線上________．A.通過調(diào)節(jié)使斜槽末端的切線保持水平B.實(shí)驗(yàn)所用斜槽的軌道必須是光滑的C.每次必須由靜止釋放小球，而釋放小球的位置始終相同D.將球的位置標(biāo)在紙上后，取下紙，用直尺將點(diǎn)連成折線(2)某同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L＝10cm，若小球在平拋運(yùn)動途中的幾個位置如圖所示的a、b、c、d，則小球平拋的初速度為v0＝________m/s，小球過b點(diǎn)時速度的大小為________m/s.(g取10m/s2)9.用頻閃照相技術(shù)拍下的兩小球運(yùn)動的頻閃照片如圖所示．拍攝時，光源的頻閃頻率為10Hz，a球從A點(diǎn)水平拋出的同時，b球自B點(diǎn)開始下落，背景的小方格為相同的正方形．重力加速度g取10m/s2，不計阻力．(1)根據(jù)照片顯示的信息，下列說法中正確的是________．A.只能確定b球的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動B.不能確定a球沿豎直方向的運(yùn)動是自由落體運(yùn)動C.只能確定a球沿水平方向的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動D.可以斷定a球的運(yùn)動是水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動的合成(2)根據(jù)照片信息可求出a球的水平速度大小為________m/s；當(dāng)a球