第2章 第3节 科学探究 平抛运动的特点-【导与练】2022-2023学年新教材高中物理必修第二册同步全程学习全书word（鲁科版）

第3节　科学探究:平抛运动的特点 一、实验目的 1.描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点。 2.根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。 二、实验器材 斜槽、小球、木板、铅垂线、坐标纸、图钉、刻度尺、铅笔(或卡孔)等。 三、实验原理与设计 1.描迹:将斜槽等器材安装起来,实验装置如图所示。小球从斜槽上滚下,通过水平槽飞出后做平抛运动。使小球每次都从斜槽上同一位置由静止释放,小球在空中做平抛运动的轨迹相同。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验,在坐标纸上记录小球所经过的多个位置,用平滑的曲线将各点连起来,从而得到小球做平抛运动的轨迹。 2.求水平初速度:根据平抛运动的公式x=v0t和y=gt2,可求出小球做平抛运动的初速度。 一、实验步骤 1.用图钉把坐标纸钉在竖直木板上,在木板的左上角固定斜槽,并使其末端保持水平。 2.用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向,并使木板平面与小球下落的竖直面平行且靠近,固定好木板。 3.把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O,再利用铅垂线在纸上画出通过O点的竖直线。 4.将小球从斜槽上合适的位置由静止释放,使小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角。 5.把笔尖放在小球可能经过的位置,如果小球运动中碰到笔尖,用铅笔在坐标纸该位置画上一点。用同样的方法,从同一位置释放小球,在小球运动路线上描下若干点。 二、数据分析 1.根据实验记录,在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹。 2.在平抛运动轨迹上选取几个水平间距相等的测量点,测出并计算相应物理量填入你设计的表格中。 3.观察描出的轨迹,与你熟悉的曲线进行比较,猜想y与x的关系,作出y-x2图像,验证你的猜想。 三、注意事项 1.实验中必须保持木板处在竖直面内,且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行,并使小球的运动靠近木板但不接触。如果不满足上述条件,则小球与木板间会发生碰撞或产生摩擦,小球在运动过程中就不仅受重力,还要受木板的作用力,小球的运动就不再是平抛运动了。 2.坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小球在槽口时,球心在木板上的水平投影点。 3.小球必须每次由静止从斜槽上同一位置滚下,这样可以保证每一次平抛运动的初速度相同,每次的运动轨迹重合。可以在斜槽上固定一个挡板,小球每次都从挡板处由静止滚下。 四、误差分析 1.安装斜槽时,其末端不水平。 2.小球做平抛运动时受空气阻力影响。 3.小球每次滚下的初位置不相同。 4.建立坐标系时,误将斜槽口在木板上的投影点作为坐标原点。 类型一　实验操作及原理 [例1] (2022·福建晋江月考)在研究平抛运动时,我们做了两点猜想: ①平抛的水平分运动是匀速直线运动; ②平抛的竖直分运动是自由落体运动。 为此,我们通过甲、乙实验进行探究,在图甲所示的演示实验中,我们观察到A、B两球同时落地,通过甲实验可以验证猜想　　　　(选填“①”“②”或“①②”);在图乙所示的实验中,将两个相同斜滑轨道固定在同一竖直平面内,最下端水平。把两个质量相等的小钢球从斜轨道的同一位置由静止同时释放,滑道2与光滑水平板连接,观察到的现象是球1落到光滑水平板上并击中球2。通过乙实验可以验证猜想　　　　(选填“①”“②”或“①②”)。  解析:通过甲、乙实验进行探究,在图甲所示的演示实验中,可以观察到A、B两球同时落地,表明两个小球在竖直方向上做相同的运动,而A球做自由落体运动,所以B球在竖直方向上也做自由落体运动,通过甲实验可以验证猜想②。将两个相同斜滑轨道固定在同一竖直面内,最下端水平,把两个质量相等的小钢球从斜轨道的同一位置由静止同时释放,滑道2与光滑水平板连接,观察到的现象是球1落到光滑水平板上并击中球2,表明两个小球在水平方向上做相同的运动,而球2做匀速直线运动,所以球1在水平方向上也做匀速直线运动,通过乙实验可以验证猜想①。 答案:②　① 类型二　实验数据的分析计算 [例2] (2021·全国乙卷)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)因小球水平方向做匀速直线运动,因此水平分速度为v0== m/s=1.0 m/s;竖直方向做自由落体运动,因此A点的竖