第四章 实验五 探究平抛运动的特点-(教参 练习）2023高考物理一轮复习【高考前沿】

实验五　探究平抛运动的特点 一、实验目的 1．用实验的方法描出平抛运动的轨迹． 2．用实验描出的轨迹求解平抛物体的初速度． 二、实验原理 使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，可得v0＝x ． 三、实验器材(以斜槽法为例) 斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺． 四、实验步骤 1．按实验原理图甲安装实验装置，使斜槽末端水平． 2．以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴． 3．使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点． 4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲线，如实验原理图乙所示． 五、数据处理 1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值． (2)验证方法 方法一：代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数． 方法二：图像法 建立y ­x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在y ­x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a值． 2．计算平抛运动的初速度 (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，根据x＝v0t，y＝gt2，就可求出初速度v0＝x ． (2)平抛轨迹残缺(即无抛出点) 如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，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＝gt2 所以t＝ ， 所以初速度v0＝＝x ． 六、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． 七、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． [例1]　在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下说法合理的是(　　 ) A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，只能用眼睛看A、B两球是否同时落地 B．选用装置2要获得细水柱所显示的平抛轨迹，弯管末端B不一定要水平 C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球 D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动每秒15帧的录像获得平抛轨迹 [解析]　采用装置1研究平抛运动是用以验证平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，要用耳朵听A、B两球是否同时落地，而非用眼睛看，A错误；装置2中弯管流出的水近似做平抛运动，因此要求弯管末端一定要水平，B错误；利用装置3研究平抛运动轨迹，要使钢球每次的运动轨迹相同，则平抛运动的初速度相同，应每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球，C错误；研究平抛运动时，也可以用数码相机对做平抛运动的钢球照相，通过频闪照片来研究，D正确． [答案]　D [例2]　(2021·全国乙，22)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律．实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0．05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)．图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm．该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出． 完成下列填空：(结果均保留2位有效数字) (1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为________m/s，竖直分量大小为________m/s； (2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2． [解析]　(1)频闪仪每隔0．05 s发出一次闪光，则照片上小球相邻影像间隔时间相等，均为0．05 s．做平抛运动的物体水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由