(新高考)高考物理一輪復(fù)習(xí)課件第4章實驗5《探究平拋運動的特點》(含解析)

第四章曲線運動實驗五探究平拋運動的特點目標(biāo)要求1.知道平拋運動的特點是初速度水平，只有豎直方向受重力作用.2.知道平拋運動軌跡是拋物線，會在實驗中描繪其軌跡.3.會通過描繪的平拋運動軌跡計算物體的初速度.內(nèi)容索引實驗技能儲備考點一教材原型實驗考點二探索創(chuàng)新實驗課時精練實驗技能儲備1.實驗思路用描跡法逐點畫出小鋼球做平拋運動的軌跡，判斷軌跡是否為拋物線并求出小鋼球的初速度.2.實驗器材末端水平的斜槽、背板、擋板、復(fù)寫紙、白紙、鋼球、

、重垂線、三角板、鉛筆等.刻度尺3.實驗過程(1)安裝、調(diào)整背板：將白紙放在復(fù)寫紙下面，然后固定在裝置背板上，并用重垂線檢查背板是否

.(2)安裝、調(diào)整斜槽：將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，用平衡法檢查斜槽末端是否

，也就是將小球放在斜槽末端直軌道上，小球若能________________________，則表明斜槽末端已調(diào)水平，如圖.豎直水平靜止在直軌道上的任意位置(3)描繪運動軌跡：讓小球在斜槽的某一固定位置由靜止?jié)L下，并從斜槽末端飛出開始做平拋運動，小球落到傾斜的擋板上，擠壓復(fù)寫紙，會在白紙上留下印跡.取下白紙用平滑的曲線把這些印跡連接起來，就得到小球做平拋運動的軌跡.(4)確定坐標(biāo)原點及坐標(biāo)軸：選定_________________________________的點為坐標(biāo)原點O，從坐標(biāo)原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸.斜槽末端處小球球心在白紙上的投影4.數(shù)據(jù)處理(1)判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線如圖所示，在x軸上作出等距離的幾個點A1、A2、A3…，把線段OA1的長度記為l，則OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3…向下作垂線，與軌跡交點分別記為M1、M2、M3…，若軌跡是一條拋物線，則各點的y坐標(biāo)和x坐標(biāo)之間應(yīng)該滿足關(guān)系式y(tǒng)＝ax2(a是待定常量)，用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標(biāo)值代入y＝ax2求出a，再測量其他幾個點的x、y坐標(biāo)值，代入y＝ax2，若在誤差范圍內(nèi)都滿足這個關(guān)系式，則這條曲線是一條拋物線.(2)計算平拋物體的初速度情景1：若原點O為拋出點，利用公式x＝v0t和y＝

即可求出多個初速度v0＝_______，最后求出初速度的平均值，這就是做平拋運動的物體的初速度.情景2：若原點O不是拋出點①在軌跡曲線上取三點A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示.A到B與B到C的時間相等，設(shè)為T.②用刻度尺分別測出yA、yB、yC，則有yAB＝y(tǒng)B－yA，yBC＝y(tǒng)C－yB.5.注意事項(1)固定斜槽時，要保證斜槽末端的切線水平，以保證小球的初速度

，否則小球的運動就不是平拋運動了.(2)小球每次從槽中的同一位置由靜止釋放，這樣可以確保每次小球拋出時的

.(3)坐標(biāo)原點(小球做平拋運動的起點)不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時，球的

在背板上的水平投影點.水平速度相等球心考點一教材原型實驗例1

(2017·浙江4月選考·17)在“研究平拋運動”實驗中，(1)圖是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點，確定平拋運動軌跡的方法，坐標(biāo)原點應(yīng)選小球在斜槽末端點時的________.A.球心B.球的上端C.球的下端在此實驗中，下列說法正確的是________.A.斜槽軌道必須光滑

B.記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些C.用平滑曲線把所有的點連接起來

D.y軸的方向根據(jù)重垂線確定BBD因用鉛筆標(biāo)注小球最高點來確定平拋運動軌跡，故坐標(biāo)原點應(yīng)選小球在斜槽末端點時的球的上端，所以選B.實驗過程中，斜槽不一定光滑，只要能夠保證從同一位置由靜止釋放，即使軌道粗糙，摩擦力做功是相同的，離開斜槽末端的速度就是一樣的，選項A錯誤；記錄的點適當(dāng)多一些，能夠保證描點平滑，選項B正確；作圖時，要使盡可能多的點在所作曲線上，不在曲線上的點應(yīng)盡可能均勻分布在所作曲線兩側(cè)，選項C錯誤；y軸必須是豎直方向的，即用重垂線確定，選項D正確.(2)圖是利用實驗裝置拍攝小球做平拋運動的頻閃照片，由照片可判斷實驗操作錯誤的是________.A.釋放小球時初速度不為0B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線不水平C由題圖可知斜槽末端切線不水平，才會造成小球做斜拋運動，故選C.(3)如圖是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運動軌跡的裝置，其中正確的是__.B插入瓶中的另一根吸管使得吸管上出口處壓強(qiáng)與外界氣壓相等，是為了保證水流流速不受瓶內(nèi)水面下降而減小，能保證水面下降的一段時間內(nèi)，得到穩(wěn)定的細(xì)水柱，所以選B.例2

(2019·北京卷·21改編)用如圖所示裝置研究平拋運動.將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上.鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點飛出，落在水平擋板MN上.由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點.移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點.(1)下列實驗條件必須滿足的有______.A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末端水平C.擋板高度等間距變化D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球BD因為本實驗是研究平拋運動，只需要每次實驗都能保證鋼球做相同的平拋運動，即每次實驗都要保證鋼球從同一高度無初速度釋放并水平拋出，沒必要要求斜槽軌道光滑，因此A錯誤，B、D正確；擋板高度可以不等間距變化，故C錯誤.(2)為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標(biāo)系.a.取平拋運動的起始點為坐標(biāo)原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的________(選填“最上端”“最下端”或者“球心”)對應(yīng)白紙上的位置即為原點；在確定y軸時________(選填“需要”或者“不需要”)y軸與重垂線平行.球心需要因為鋼球做平拋運動的軌跡是其球心的軌跡，故將鋼球靜置于Q點，鋼球的球心對應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(平拋運動的起始點)；在確定y軸時需要y軸與重垂線平行.b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖所示，在軌跡上取A、B、C三點，AB和BC的水平間距相等且均為x，測得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2，則(選填“大于”“等于”或者“小于”).可求得鋼球平拋的初速度大小為__________(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，結(jié)果用上述字母表示).大于由于平拋的豎直分運動是自由落體運動，故相鄰相等時間內(nèi)豎直方向上位移之比為1∶3∶5…，故兩相鄰相等時間內(nèi)豎直方向上的位移之比越來越大.因此

；由y2－y1＝gT2，x＝v0T，聯(lián)(3)為了得到平拋物體的運動軌跡，同學(xué)們還提出了以下三種方案，其中可行的是______.A.用細(xì)管水平噴出穩(wěn)定的細(xì)水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡B.用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時刻的位置，平滑連接

各位置，即可得到平拋運動軌跡C.將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速

度水平拋出，將會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡AB將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，由于鉛筆受摩擦力作用，且不一定能始終保證鉛筆水平，鉛筆將不能始終保持垂直白紙板運動，鉛筆將發(fā)生傾斜，故不會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡，故C不可行，A、B可行.(4)伽利略曾研究過平拋運動，他推斷：從同一炮臺水平發(fā)射的炮彈，如果不受空氣阻力，不論它們能射多遠(yuǎn)，在空中飛行的時間都一樣.這實際上揭示了平拋物體________.A.在水平方向上做勻速直線運動B.在豎直方向上做自由落體運動C.在下落過程中機(jī)械能守恒B從同一炮臺水平發(fā)射的炮彈，如果不受空氣阻力，可認(rèn)為做平拋運動，因此不論它們能射多遠(yuǎn)，在空中飛行的時間都一樣，這實際上揭示了平拋物體在豎直方向上做自由落體運動，故選項B正確.例3

(2021·全國乙卷·22)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置研究平拋運動的規(guī)律.實驗時該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對做平拋運動的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖(b)所示(圖中未包括小球剛離開軌道的影像).圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個方格的邊長為5cm.該同學(xué)在實驗中測得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖(b)中標(biāo)出.完成下列填空：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)小球運動到圖(b)中位置A時，其速度的水平分量大小為______m/s，豎直分量大小為______m/s；1.0

2.0小球做平拋運動，水平方向做勻速直線運動，因此速度的水平分量大小為v0＝豎直方向做自由落體運動，根據(jù)勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于該段位移的平均速度，因此小球在A點速度的豎直分量大小為(2)根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮開____m/s2.9.7由豎直方向為自由落體運動可得代入數(shù)據(jù)可得g＝9.7m/s2.考點二探索創(chuàng)新實驗例4

某同學(xué)設(shè)計了一個研究平拋運動的實驗裝置，如圖甲.在水平桌面上放置一個斜面，讓鋼球從斜面上由靜止?jié)L下，鋼球滾過桌邊后便做平拋運動.在鋼球拋出后經(jīng)過的地方放置一塊水平木板，木板由支架固定成水平，木板所在高度可通過豎直標(biāo)尺(未畫出)讀出，木板可以上下自由調(diào)節(jié).在木板上固定一張白紙.該同學(xué)在完成裝置安裝后進(jìn)行了如下步驟的實驗：考向1實驗過程的創(chuàng)新A.實驗前在白紙上畫一條直線，并在線上標(biāo)出a、b、c三點，且ab＝bc＝

20.00cm，如圖乙B.讓鋼球從斜面上的某一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正

好擊中a點，記下此時木板與桌面的高度差h1＝hC.讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正

好擊中b點，記下此時木板與桌面的高度差h2＝h＋10.00(cm)D.讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正

好擊中c點，記下此時木板與桌面的高度差h3＝h＋30.00(cm)(1)下列說法中正確的是________.A.實驗時應(yīng)保持桌面水平B.每次應(yīng)使鋼球從同一位置由靜止開始釋放C.必須選擇對鋼球摩擦力盡可能小的斜面D.必須選擇對鋼球摩擦力盡可能小的桌面AB為了保證小鋼球拋出桌面時做的是平拋運動，則實驗時需要保持桌面水平，故A正確；為了減小實驗誤差，保證每次小鋼球拋出桌面時的水平速度相等，則每次應(yīng)使小鋼球從同一位置由靜止開始釋放，故B正確；只要保證小鋼球從桌面水平拋出時的速度相等即可，所以只需要保證小鋼球每次從同一位置由靜止釋放即可，斜面與桌面可以不光滑，故C、D錯誤.(2)則該同學(xué)由上述測量結(jié)果即可粗測出鋼球的平拋初速度大小v0＝______m/s，鋼球擊中b點時其豎直分速度大小為vby＝______m/s.已知鋼球的重力加速度為g＝10m/s2，空氣阻力不計.(計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)2.01.5在豎直方向Δh＝gt2水平方向x＝v0t其中Δh＝hbc－h(huán)ab＝10cm，x＝ab＝bc＝20cm聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得v0＝2.0m/sb點對應(yīng)時刻為hac段時間的中間時刻，例5

在做“探究平拋運動的特點”的實驗時：(1)鋼球拋出點的位置必須及時記錄在白紙上，然后從這一點畫水平線和豎直線作為x軸和y軸，豎直線是用________來確定的.考向2數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新重垂線豎直線用重垂線確定，因為小球在豎直方向所受的重力是豎直向下的.由軌跡可知，豎直距離yOA∶yAB∶yBC＝1∶3∶5；由于水平距離xOA＝xAB＝xBC，則tOA＝tAB＝tBC，所以tOA∶tAB∶tBC＝1∶1∶1，在連續(xù)相等的時間內(nèi)，豎直方向的位移之比為1∶3∶5，表明豎直方向是初速度為零的勻加速直線運動，O點就是拋出點.(2)某同學(xué)通過實驗得到的軌跡如圖甲所示，由軌跡可知，豎直距離yOA∶yAB∶yBC＝________，tOA∶tAB∶tBC＝________，這表明豎直方向是初速度為____的_____________運動.1∶3∶51∶1∶1零

勻加速直線(3)該同學(xué)在軌跡上選取間距較大的幾個點，測出其坐標(biāo)，并在直角坐標(biāo)系內(nèi)繪出了y－x2圖像(如圖乙)，此平拋物體的初速度v0＝0.49m/s，則豎直方向的加速度g＝_____m/s2.(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)9.60刻度尺讀數(shù)要估讀到最小分度的下一位，所以D＝4.50cm；例6

在農(nóng)田旁離地一定高度架有一水管，管口水平，小明根據(jù)學(xué)到的平拋運動知識，只用一把卷尺，測量出水口單位時間內(nèi)流出的最大水量(假設(shè)水從出水口沿水平方向均勻流出，已知重力加速度為g).步驟如下：(1)如圖甲，關(guān)閉水閥，用卷尺測量出水龍頭的內(nèi)直徑D＝______cm；4.50考向3實驗?zāi)康牡膭?chuàng)新(2)如圖乙，測量水管上沿離地高度H，打開水管閥門且將其調(diào)到出水量最大，記下噴出水最遠(yuǎn)的落地位置，關(guān)上閥門，測量出最遠(yuǎn)位置到出水口的水平距離L，則水流速度v＝__________(用題中物理量的字母表示)；由平拋運動的公式L＝vt(3)請推導(dǎo)單位時間出水量表達(dá)式Q＝____________(用題中物理量的字母表示).出水量Q等于流速乘管的橫截面積，可得Q＝vS課時精練1.(2022·黑龍江哈爾濱三中高三月考)在“探究平拋運動規(guī)律”的實驗中，某同學(xué)進(jìn)行了如下實驗探究：(1)如圖甲，將兩個傾斜角度相同的光滑軌道固定在同一個豎直平面內(nèi)，軌道下端水平.2軌道末端與光滑水平面平滑連接.把兩個完全相同的小球A、B分別從1、2傾斜軌道上相對軌道末端有相同高度差的位置由靜止開始同時釋放，使兩小球能以相同的水平速度同時分別從軌道的下端射出(水平軌道足夠長)，觀察到某一現(xiàn)象.改變兩小球在斜面上相對軌道末端的釋放高度，使之仍相同，則仍能觀察到這一現(xiàn)象，故可以概括平拋運動的某一規(guī)律.1234該同學(xué)觀察到的現(xiàn)象是A、B兩個小球相撞，說明兩球在水平方向的運動完全相同，即反映平拋運動的規(guī)律是水平方向做勻速直線運動，故選A、C.該同學(xué)觀察到的現(xiàn)象和反映的平拋運動的規(guī)律是_____；A.A、B兩個小球相撞B.A、B兩個小球不相撞C.A球平拋時水平方向做勻速直線運動D.A球平拋時豎直方向做自由落體運動1234AC(2)通過圖乙的實驗裝置，軌道末端切線水平.在實驗過程中每次釋放小球的位置都相同，并在圖丙的坐標(biāo)紙上記錄了小球經(jīng)過的A、B、C三點，已知坐標(biāo)紙每小格的邊長L＝5cm，則該小球做平拋運動的初速度大小為_______m/s；B點的速度大小為_______m/s.(g取10m/s2)12341.5

2.512342.平拋運動的軌跡是曲線，比直線運動復(fù)雜.我們可以按照把復(fù)雜的曲線運動分解為兩個相對簡單的直線運動的思路，分別研究物體在豎直方向和水平方向的運動特點.(1)如圖甲所示，用小錘打擊彈性金屬片，A球沿水平方向拋出，同時B球由靜止自由下落，可觀察到兩小球同時落地；改變兩小球距地面的高度和打擊的力度，多次實驗，都能觀察到兩小球同時落地.根據(jù)實驗，______(選填“能”或“不能”)判斷出A球在豎直方向做自由落體運動；______(選填“能”或“不能”)判斷出A球在水平方向做勻速直線運動.能不能12341234無論在什么高度，兩個小球都同時落地，說明兩個小球在豎直方向運動完全相同，由于B小球做自由落體運動，因此可以判斷出A球在豎直方向做自由落體運動；而在水平方向上沒有任何比較，因此不能判斷出A球在水平方向做何種運動；(2)如圖乙所示，將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上.鋼球沿斜槽軌道PO滑下后從O點飛出，落在水平擋板MN上.由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點.移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點.①為了保證鋼球從O點水平飛出的初速度是一定的，下列實驗條件必須滿足的是________.A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末端水平C.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球1234BC1234為保證小球到達(dá)斜槽末端時水平拋出，則必須要使斜槽末端水平；為保證小球到達(dá)斜槽末端的速度相同，則小球每次都應(yīng)從斜槽的同一位置由靜止?jié)L下，這樣每次拋出的運動軌跡完全相同，斜槽軌道是否光滑對實驗無影響，B、C正確，A錯誤.②一位同學(xué)做實驗時，忘記了標(biāo)記平拋運動的拋出點O，只記錄了A、B、C三點，于是就取A點為坐標(biāo)原點，建立了如圖丙所示的坐標(biāo)系.平拋軌跡上的這三點的坐標(biāo)值已在圖中標(biāo)出.根據(jù)圖中數(shù)據(jù)判斷，A點______(填“是”或“不是”)平拋運動的拋出點.小球平拋的初速度為______m/s.(取g＝10m/s2，計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)1234不是1.5因A點到B點與B點到C點的水平位移相等，則時間相等；而豎直位移之比為3∶5，不是從1開始的連續(xù)奇數(shù)比，可知A點不是平拋運動的起點；根據(jù)Δy＝gT21234水流出水管后做平拋運動，需要測出水的水平射程s，管口離地的高度h；3.如圖所示，一農(nóng)用水泵裝在離地面一定高度處，其出水管是水平的，現(xiàn)僅有一鋼卷尺，請你粗略地測出水流出管口的速度大小和從管口到地面之間空中水柱的質(zhì)量(已知水的密度為ρ，重力加速度為g)：(1)除了已測出的水管內(nèi)徑L外，你需要測量的物理量是(寫出物理量名稱和對應(yīng)的字母)：______________________________；水的水平射程s、管口離地的高度h1234設(shè)水管口離地高度為h，水柱的水平射程為s，水在空中的運動時間為t，水做平拋運動，在水平方向：s＝vt，(2)水流出管口的速度表達(dá)式為v＝_________；(請用已知量和待測量的符號表示)1234(3)空中水的質(zhì)量的表達(dá)式為m＝______.(請用已知量和待測量的符號表示)12344.為了探究平拋運動的規(guī)律，某同學(xué)用如圖(a)所示的裝置進(jìn)行實驗.(1)為了準(zhǔn)確地描繪出平拋運動的軌跡，下列要求合理的是______.A.小球每次必須從斜槽上同一位置由靜

止釋放B.斜槽軌道必須光滑C.斜槽軌道末端必須水平D.本實驗必需的器材還有刻度尺和停表AC1234小球每次從斜槽上同一位置由靜止釋