5.3实验：探究平抛运动的特点（知识解读）-2023-2024学年高中物理同步知识解读与专题训练（人教版2019必修第二册）

5.3实验：探究平抛运动的特点（知识解读）（原卷版） •知识点 探究平抛运动的特点 •作业 巩固训练 知识点 1、实验目的 （1）描出平抛物体的运动轨迹。（2）求出平抛物体的初速度。 2、实验原理 平抛运动可以看作是两个分运动的合成：一是水平方向的匀速直线运动，其速度等于平抛物体运动的初速度；另一个是竖直方向的自由落体运动。利用铅笔确定做平抛运动的小球运动时若干不同位置，然后描出运动轨迹，测出曲线上任一点的坐标x和y，利用公式x=vt和就可求出小球的水平分速度，即平抛物体的初速度。 3、实验器材 斜槽（附金属小球）、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、刻度尺、三角板、重锤、铅笔。 4、实验步骤 （1）把斜槽放在桌面上，让其末端伸出桌面外，调节末端使其切线水平固定。 （2）在带有支架的木板上，用图钉钉好白纸，并让竖放木板左上方靠近槽口，使小球滚下飞出后的轨道平面跟板面平行。（如图所示） （3）把小球飞离斜槽末端时的球心位置投影到白纸上，描出点O，过O用重垂线描出竖直方向。 （4）让小球每次都从斜槽上同一适当位置滚下，在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置，并记下这一点，以后依次改变x值，用同样的方法确定其他各点的位置。 （5）把白纸从木板上取下来，用三角板过O作与竖直方向垂直的x轴，将一系列所描的点用平滑的曲线连接起来，这就是小球平抛运动的轨迹。 5、数据处理（求平抛小球的初速度） （1）以O点为原点，水平方向为x轴，竖直向下方向为y轴建立坐标系。 （2）在平抛小球运动轨迹上选取A、B、C、D、E五个点，测出它们的x、y坐标值，记到表格内。 （3）把测到的坐标值依次代入公式，求出小球平抛的初速度，并计算其平均值。 6、误差分析 （1）安装斜槽时，其末端切线不水平。 （2）小球每次滚下的初位置不尽相同。 （3）建立坐标系时，可能误将斜槽末端端口作为坐标原点。 （4）空气阻力使小球不是真正的平抛运动。 7、注意事项 （1）实验中必须保持通过斜槽末端的切线水平，木板必须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图板但不接触。 （2）小球必须每次从斜槽上同一位置由静止滚下，即在斜槽上固定一个挡板，每次都从挡板位置释放小球。 （3）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。 （4）要在斜槽上适当的高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由图板左上角到达右下角；要在平抛轨迹上选取距O点远一些的点来计算小球的初速度，这样可以减小测量误差。 【典例1-1】如图甲所示，锤子敲击弹簧片后小球P做平抛运动，同时小球Q做自由落体运动。图乙是频闪相机拍下的两小球下落过程中不同时刻的位置。下列关于两小球下落过程的描述，正确的是（    ） A．任意时刻两小球竖直方向的速度大小相等 B．任意时刻两小球的速度大小相等 C．两小球在竖直方向的加速度不相等 D．增大敲击弹簧片力度，小球P在空中运动时间更长 【典例1-2】（多选）如图所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开轻质接触式开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地，该实验现象说明了A球在离开轨道后（　　） A．不能说明水平方向的分运动是匀速直线运动 B．能说明水平方向的分运动是匀速直线运动 C．能说明竖直方向的分运动是自由落体运动 D．不能说明竖直方向的分运动是自由落体运动 【典例1-3】平抛运动的位移： （1）水平方向： 。 （2）竖直方向： 。 （3）合位移：①大小 ；②方向与水平方向夹角的正切值为 （如图所示）。 【典例1-4】小高同学用如图所示的实验装置来验证平抛运动的特征：两个完全相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端与水平板相切。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。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能同时分别从轨道M、N的顶端滑下。 （1）为完成本实验，弧形轨道M、N的表面 （填“需要”或“不需要”）确保光滑，水平板的表面 （填“需要”或“不需要”）确保光滑。 （2）符合上述实验条件后，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，这说明平抛运动的水平分运动是 。 【变式1-1】“探究平抛运动的特点”的实验装置如图所示，实验中将小球在不同时刻的位置记录在竖板上，以小球平抛起点O为坐标原点，可以得到小球做平抛运动的轨迹是（　　） A． B． C． D． 【变式1-2】如图所