第2章 第3节 科学探究：平抛运动的特点-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第二册同步核心辅导与测评（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 将斜槽等器材安装起来，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。 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。 四、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。 五、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。 六、注意事项 1．实验中必须调整斜槽末端的切线水平(将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平)。 2．方木板必须处于竖直平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 3．小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。 4．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。 5．小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 　 　用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。 (1)(多选)下列实验条件必须满足的有 。 A．斜槽轨道光滑 B．斜槽轨道末端水平 C．挡板高度等间距变化 D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 (2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的 (选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点：在确定y轴时 (选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。 (3)(多选)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是 。 A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹 B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹 C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹 【解析】　(1)为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但末端必须是水平的，故A错误，B正确；挡板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化，故C错误；只有让小球每次从同一位置静止释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点，故D正确；故选BD。 (2)小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置，故应以球心在白纸上的位置为坐标原点； 小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与重垂线平行。 (3)A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹，此方案是可行的； B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹，此方案是可行的； C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于铅笔和纸之间没有压力，故不会形成运动轨迹，故C不可行；故选AB。 【答案】　(1)BD　(2)球心　需要　(3)AB 　 　某同学在做“研究平抛运动”实验时得到了如图所示的运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出，则： (1)小球平抛的初速度为 m/s。(g取10 m/s2) (2)小球运动到b点时速度大小vb