第4章 实验(五)探究平抛运动的特点(Word教参)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

实验五　探究平抛运动的特点 ► 对应学生用书P69 【备考目标】 　1.用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹。2.用实验轨道求解做平抛运动物体的初速度。 　实验01步——理清实验过程，注意关键点 原理装置图 实验操作 注意事项 使小球做平抛运动，利用描点法描绘出小球的运动轨迹，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，得v0＝x 1.按实验原理图甲安装实验装置，使斜槽末端水平。 2．以斜槽水平部分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，用铅笔在该位置标记为一点。用同样的方法，在小球运动轨迹上描下若干点。 4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描绘出一条平滑的曲线，如实验原理图乙所示。 1.水平：斜槽末端的切线要水平。 2．竖直：木板必须处在竖直平面内。 3．原点：坐标原点为小球在槽口时，球心在木板上的投影点。 4．同一位置：小球每次都从槽中的同一位置由静止释放。 数据处理 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 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。 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。 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＝，则初速度v0＝＝x 　实验02步——透析常见考法，明确常考点 类型一　教材原型实验 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2023·陕西商洛一模)在做研究平抛运动规律的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。 (1)为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确选项的字母填在横线上________。 A．通过调节使斜槽的末端保持水平 B．每次实验必须由静止释放小球 C．每次释放小球的位置必须不同 D．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触 (2)若用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为L，小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，重力加速度为g，则小球做平抛的初速度v0＝________(用L、g表示)。 解析：(1)通过调节使斜槽的末端保持水平，以保证小球能做平抛运动，故A正确；每次必须从同一位置由静止释放小球，这样才能使小球多次做平抛运动的轨迹相同，故B正确，C错误；小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触，防止小球运动的速度因摩擦受到影响，故D正确。 (2)小球在竖直方向做自由落体运动，根据Δy＝gT2可得T＝＝，则小球做平抛运动的初速度为v0＝＝3 答案：ABD　3 2．某实验小组的同学利用如图甲所示的实验装置“研究平抛物体运动”，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。 (1)下列关于实验步骤的说法正确的是______。 A．将斜槽的末端切线调成水平 B．通过重垂线将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行 C．小球每次必须从斜面上的同一位置由静止开始释放 D.斜槽轨道必须光滑 (2)某同学做实验时，忘记了标记平抛运动的抛出点O，只记录了A、B、C三点，于是就取A点为坐标原点，建立了如图乙所示的坐标系。运动轨迹上的这三点坐标值图中已标出。那么小球平抛的初速度大小为______m/s(保留三位有效数字)，经过B点时速度大小为______m/s(可保留根号)，小球抛出点的坐标为____________(单位cm)。(重力加速度g取10 m/s2) 解析：(1)为了保证小球做平抛运动，将斜槽的末端切线调成水平，所以A正确；将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行，能准确记录小球在竖直平面上的运动，所以B正确；小球每次必须从斜面上的同一位置由静止开始释放，这样才能保证小球能具有相同的初速度做平抛运动，所以C正确；斜槽轨道不需要光滑，只要从同一位置滑下小球就具有相同初速度，所以D错误，故选ABC。 (2)由题图乙可知A、B、C中相邻两点间水平距离相等，所以运动时间相等，均设为T，根据运动学公式有 Δy＝(yC－yB)－yB＝gT2 解得T＝0.2 s 小球平抛的初速度大小 v0＝＝1.00 m/s 小球经过B点时竖直方向上的速度大小为vBy＝＝4 m/s 则经过B点的速度大小为 vB＝＝ m/s＝ m/s 小球从抛出点运动到B点的时间 tB＝＝0.4 s 则抛出点的横坐标为 x＝xB－v0tB＝－20 cm 纵坐标y＝yB－gt＝－20 cm。 答案：(1)ABC　(2)1.00　　(－20，－20) 类型二　拓展创新实验 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．在探究平抛运动规律实验中，利用一管口直径略大于小球直径的直管来确定平抛小球的落点及速度方向(只有当小球速度方向沿直管方向才能飞入管中)，重力加速度为g。 如图所示，一倾斜角度为θ的斜面AB，A点为斜面最低点，直管保持与斜面垂直，管口与斜面在同一平面内，平抛运动实验轨道抛出口位于A点正上方某处。为让小球能够落入直管，可以根据需要沿斜面移动直管。 (1)以下是实验中的一些做法，合理的是________。 A．斜槽轨道必须光滑 B．安装斜槽轨道，使其末端保持水平 C．若轨道粗糙，需调整轨道角度平衡摩擦力 D．选择密度更小的小球 (2)某次平抛运动中，直管移动至P点时小球恰好可以落入其中，测量出P点至A点距离为L，根据以上数据可以计算出此次平抛运动在空中飞行时间t＝________，初速度v0＝________(用L，g，θ表示)。 解析：(1)每次只要小球从斜槽某个固定位置由静止滚下，就能保证到达斜槽末端的速度相等，不必要求斜槽光滑，也不必平衡摩擦力，A、C错误；由于小球离开斜槽后做平抛运动，因此斜槽末端必须保持水平，B正确；为了减小空气阻力的影响，应尽可能选择密度更大的小球，D错误。 (2)由于小球离开斜槽做平抛运动，因此在水平方向上v0t＝L cos θ，又由于小球落入直管中，应满足tan θ＝，联立解得t＝，v0＝。 答案：(1)B　(2) 　 【创新点剖析】　本题的创新之处在于以下两点： (1)实验装置和操作的创新：小球离开斜槽做平抛运动落入直管中； (2)实验原理的创新：小球落入直管，可确定出末速度的方向。 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点的竖直速度可由平均速度等于中间时刻的瞬时速度求得 vy＝≈2.0 m/s。 (2)由竖直方向的自由落体运动可得 g＝＝＝9.7 m/s2。 答案：(1)1.0　2.0　(2)9.7 【真题揭秘】 (1)采用基本方法：小球从斜槽平抛后，通过竖直纸板记录其相等时间的位置。 (2)创新记录器材：使用频闪仪和照相机，代替了“守株待兔”式的笔尖，将小球的位置拍成照片，易于操作，结果准确。 学科网（北京）股份有限公司 $$