第四章 实验五 探究平抛运动的特点（Word教参）-2022高考物理一轮复习【优化指导】高中总复习·第1轮（新高考版）

实验五　探究平抛运动的特点 ◎误差分析 1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致初速度不水平． 2．坐标原点不够精确等． ◎注意事项 1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平． 2．固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直． 3．小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板． 4．要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差． 5．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点． 6．计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算． (一)对实验原理、注意事项的考查 1．两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验： (1)甲同学采用如图甲所示的装置，用小锤击打弹性金属片，使A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动． (2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看做与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端射出，实验可观察到的现象应是P球击中Q球．仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动． 解析　(1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动；(2)两球在水平轨道上相遇，水平方向运动情况相同，说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动． 2．在“探究平抛运动的特点”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度． (1)实验简要步骤如下： A．如图所示，安装好器材，注意斜槽末端水平以及平板竖直放置，记下斜槽末端O点和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是让小球置于槽口任一位置，小球均不发生滚动 B．让小球多次从同一(“同一”或者“不同”)位置上滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置． C．测出曲线上某点的x、y坐标值，(当地重力加速度g已知)用v0＝x eq \r(\f(g,2y))算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值． D．取下白纸，以O为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹． (2)研究平抛运动，下面说法正确的是AC． A．使用密度大、体积小的小球 B．必须测出平抛小球的质量 C．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行 D．尽量减小小球与斜槽之间的摩擦 解析　(1)步骤A中根据平衡，若FN＝G，小球不会滚动，此时FN竖直向上，说明末端水平；步骤B中要记下小球运动途中经过一系列位置，不可能在一次平抛中完成，每次平抛只能确定一个位置，要确定多个位置，要求小球每次的轨迹重合，故小球平抛时的初速度必须相同，小球每次从同一位置滚下；步骤C中，由x＝v0t及y＝ eq \f(1,2)gt2得v0＝x eq \r(\f(g,2y))； (2)研究平抛运动，一是尽量减小小球运动中空气阻力的影响，二是准确地描绘出小球的轨迹，故A、C正确． (二)对实验数据处理、误差分析的考查 3．如图甲所示是“探究平抛运动的特点”的实验装置图，图乙是实验后记录的数据，其中O点为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为1.6 m/s. 解析　由平抛运动的规律知，在水平方向上小球做匀速直线运动，则x＝v0t① 竖直方向上小球做自由落体运动，则y＝ eq \f(1,2)gt2② 将其中一组数据如x＝32.0 cm，y＝19.6 cm代入①②式得 v0＝1.6 m/s. 4．某物理兴趣小组做“探究平抛运动的特点”实验时，分成两组，其中一个实验小组让小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到如图所示的照片，已知每个小方格边长10 cm，当地的重力加速度g取10 m/s2，其中C点处的位置坐标已被污迹覆盖． (1)若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向建立直角坐标系，被拍摄到的小球在C点位置的坐标为(60 cm，60 cm). (2)小球平抛的初速度大小为2 m/s． (3)另一个实验小组的同学正确地进行实验并正确地描绘了运动轨迹，测量了轨迹上的不同点的坐标值，根据所测得的数据以y为纵轴，以x2为横轴，在坐标纸上画出对应的图象，发现为过原点的直线