《实验专题》知识构建与考点突破-【数理报】2020-2021学年高中物理必修2 《升级突破大模拟》(教科版)

书书书 专题讲练（一）　研究平抛运动 微总结：基础再现 实验目的： １．用描迹法描绘平抛运动的轨迹． ２．根据运动轨迹计算平抛运动的初速度． 实验装置如图１ 实验器材： 斜槽轨道、小钢球、竖直固定 在铁架台上的木板、坐标纸、图钉、 重锤、刻度尺、铅笔等． 实验步骤： （１）安装斜槽轨道，使其末端保持水平； （２）把坐标纸固定在木板上，使木板保持竖直状 态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水 平方向； （３）以斜槽末端为坐标原点沿重垂线画出ｙ轴； （４）将小球从斜槽上的适当高度由静止释放，用铅 笔记录小球做平抛运动经过的位置； （５）重复步骤（４），在坐标纸上记录多个位置； （６）在坐标纸上作出ｘ轴，用平滑的曲线连接各个 记录点，得到平抛运动的轨迹． 数据处理： 计算平抛运动的初速度可以分为两种情况 （１）平抛轨迹完整（即含有抛出点） 在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移ｘ 及竖直位移ｙ，就可求出初速度ｖ０． 因ｘ＝ｖ０ｔ，ｙ＝ １ ２ｇｔ ２，故ｖ０ ＝ｘ ｇ ２槡ｙ． （２）平抛轨迹残缺（即无抛出点） 在轨迹上任取三点 Ａ、Ｂ、Ｃ（如图２ 所示），使Ａ、Ｂ间及 Ｂ、Ｃ间的水平距离 相等，由平抛运动的规律可知Ａ、Ｂ间与 Ｂ、Ｃ间所用时间相等，设为ｔ，则 Δｈ＝ｈＢＣ－ｈＡＢ ＝ｇｔ ２ 所以ｔ＝ ｈＢＣ－ｈＡＢ 槡 ｇ 所以初速度ｖ０ ＝ ｘ ｔ＝ｘ ｇ ｈＢＣ－ｈ槡 ＡＢ ． 注意事项： （１）保证斜槽末端的切线水平，木板竖直且与小球 下落的轨迹平面平行，并使小球运动时靠近木板，但不 接触； （２）小球每次都从斜槽上同一位置由静止滚下； （３）小球做平抛运动的起点不是槽口的端点，而是 小球在槽口时球的重心在木板上的水平投影点； （４）小球在斜槽上开始滚下的位置高度要适当，以 便使小球运动的轨迹由木板的左上角到右下角． 微课堂：考点突破 考点一：实验基本操作与注意事项 例１．（２０１８郑州高一检测）在“研究平抛物体的运 动”的实验中： （１）为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端 的切线成水平方向，检查方法是 ． （２）小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然 后从这一点画水平线和竖直线作为ｘ轴和ｙ轴，竖直线 是用 来确定的． （３）某同学建立的直角坐标 系如图３所示，设他在安装实验 装置和其余操作时准确无误，只 有一处失误，即是 ． （４）该同学在轨迹上任取一点 Ｍ，测得坐标为（ｘ， ｙ），则初速度的测量值为 ，测量值比真实值要 （填“偏大”“偏小”或“不变”）． 解析：（１）水平时小球处于平衡，放在槽口能静止 不动． （２）用重锤线来确定竖直线最准确． （３）描绘小球的运动轨迹时应准确描绘球心的位 置，因此坐标原点应在平抛起点的球心位置，即坐标原 点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点． （４）根据 ｘ＝ｖ０ｔ，ｙ＝ １ ２ｇｔ ２，两式联立得：ｖ０ ＝ ｘ ｇ２槡ｙ，因为坐标原点靠下，造成 ｙ值偏小，从而 ｖ０ 偏大． 答案：（１）将小球放置在槽口处轨道上，小球能保 持静止； （２）重垂线； （３）坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上 的水平投影点； （４）ｖ０ ＝ｘ ｇ ２槡ｙ，偏大． 考点二：计算平抛运动的初速度 例２．在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘出小 球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下： Ａ．让小球多次从 释 放，在一张印有小方格的纸上记下 小球经过的一系列位置，如图４中 ａ、ｂ、ｃ、ｄ所示． Ｂ．按实验原理图安装好器材， 注意 ， 记下平抛初位置Ｏ点和过Ｏ点的竖直线． Ｃ．取下白纸，以Ｏ为原点，以竖直线为ｙ轴建立坐 标系，用平滑曲线画平抛运动物体的运动轨迹． （１）完成上述步骤，将正确的答案填在横线上． （２）上述实验步骤的合理顺序是 ． （３）已知图４中小方格的边长Ｌ＝１．２５ｃｍ，则小 球平抛的初速度为ｖ０＝ （用Ｌ、ｇ表示），其值 是 ．（取ｇ＝９．８ｍ／ｓ２） 解析：（１）这种方法，需让小球重复同一个平抛运 动多次，才能记录出小球的一系列位置，故必须让小 球每次由同一位置静止释放．斜槽末端切线水平，小 球才会做平抛运动． （３）由 Δｘ＝ａＴ２得两点之间的时间间隔 Ｔ＝ 槡 Ｌ ｇ，所以小球的初速度ｖ０＝ ２Ｌ Ｔ ＝２槡Ｌｇ，代入数据 得ｖ０≈０．７１ｍ／ｓ． 答案：（１）同一位置静止，斜槽末端切线水平； （２）Ｂ、Ａ、Ｃ； （３）２槡Ｌｇ，０．７１ｍ／ｓ． 例３．在“研究平抛运动” 的实验中，为了确定小球不同 时刻在空中所处的位置，实验 时用了如图５所示的装置．先 将斜槽轨道的末端调整至水 平，在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸．将该木 板竖直立于水平地面上，使小球从斜槽上紧靠挡板处 由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹 Ａ；将 木板向远离槽口方向平移距离