實驗5　探究平拋運動特點-2025屆高三一輪復(fù)習物理

實驗5探究平拋運動特點對應(yīng)學生用書P941.基本原理與操作2.數(shù)據(jù)處理方法比較項目圖像拋出點確定方法初速度確定方法軌跡完整(包含拋出點)(1)根據(jù)勻變速直線運動推論確定小鋼球過點A2時的豎直速度vy和水平速度v0(2)由vy=gt求出拋出點到點A2的時間(3)最后由x=v0t,y=12gt2求出拋出點到點A2在軌跡上任取一點,測出該點離原點的水平位移x及豎直位移y,就可求出初速度v0因x=v0t,y=12gt2,故v0=x軌跡不完整(不含拋出點)(1)根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律確定經(jīng)過點B時的豎直速度vy和水平速度v0(2)由vy=gt求出拋出點到點B的時間(3)求出拋出點到點A的時間(4)最后由x=v0t,y=12gt2求出拋出點到點B①在軌跡曲線上取三點A、B、C,使xAB=xBC=x0,如圖所示②用刻度尺分別測出yA、yB、yC,則有yAB=yB-yA,yBC=yC-yB③根據(jù)平拋運動在水平方向上的分運動為勻速直線運動,可知物體從A到B和從B到C的運動時間相等,該時間用T表示,則有v0T=x0;豎直方向上由勻變速直線運動規(guī)律有yBC-yAB=gT2,解得v0=x0g3.融通實驗方案粵教版新教材實驗裝置如圖[要點解讀](1)可用平拋運動實驗器分別研究平拋運動在水平方向的分運動特點和在豎直方向的分運動特點。(2)切斷電源,電磁鐵C、D同時釋放小鋼球,使兩小鋼球以相同的速度沿水平方向射出,同時碰撞開關(guān)S切斷電磁鐵E的電源,使小鋼球自由下落。(3)控制小鋼球在軌道A、B上的初始位置相對于各自軌道出口水平線處的高度相同,控制小鋼球在電磁鐵E上的位置與軌道A出口在同一高度?？键c一常規(guī)實驗角度1實驗原理與操作(2023年浙江6月卷)在“探究平拋運動的特點”實驗中:(1)用圖1裝置進行探究,下列說法正確的是。

A.只能探究平拋運動水平分運動的特點B.需改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實驗C.能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點(2)用圖2裝置進行實驗,下列說法正確的是。

A.斜槽軌道PQ必須光滑且其末端水平B.上下調(diào)節(jié)擋板MN時必須每次等間距移動C.小鋼球從斜槽PQ上同一位置靜止?jié)L下(3)用圖3裝置進行實驗,豎直擋板上附有復(fù)寫紙和白紙,可以記下鋼球撞擊擋板時的點跡。實驗時豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端,鋼球從斜槽上P點靜止?jié)L下,撞擊擋板留下點跡0,將擋板依次水平向右移動x,重復(fù)實驗,擋板上留下點跡1、2、3、4。以點跡0為坐標原點,豎直向下建立坐標軸y,各點跡坐標值分別為y1、y2、y3、y4。測得鋼球直徑為d,則鋼球平拋初速度v0為。

A.xB.xC.3D.4答案(1)B(2)C(3)D解析(1)用如圖1所示的實驗裝置,只能探究平拋運動豎直分運動的特點,在實驗過程中,需要改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實驗,故B項正確。(2)為了保證小球做平拋運動,需要斜槽末端水平,為了保證小球拋出時速度相等,每一次小球需要從同一位置靜止?jié)L下,斜槽不需要光滑,A項錯誤,C項正確;上下調(diào)節(jié)擋板MN時不必每次等間距移動,B項錯誤。(3)豎直方向有y1=12gt12,水平方向有x-d2=v0t1,聯(lián)立可得v0=x-d2g2y1,A項錯誤;豎直方向有Δy=y2-2y1=gt2,水平方向有x=v0t,聯(lián)立可得v0=xgy2-2y1,B項錯誤;豎直方向有y4=12gt42,水平方向有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水平。2.固定木板時,木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行,固定時要用重垂線檢查坐標紙豎線是否豎直。3.小球每次從斜槽上的同一位置由靜止釋放,為此,可在斜槽上某一位置固定一個擋板。4.要在斜槽上適當高度釋放小球,使它以適當?shù)乃匠跛俣葤伋?其軌跡由木板左上角到達右下角,這樣可以減小測量誤差。5.坐標原點不是槽口的端點,應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點。6.計算小球的初速度時,應(yīng)選距拋出點稍遠一些的點,以便于測量和計算。角度2實驗數(shù)據(jù)分析與處理實驗小組做“探究平拋運動的特點”實驗:(1)某同學根據(jù)實驗畫出的平拋小球的運動軌跡如圖1所示,O為平拋的起點,在軌跡上任取三點A、B、C,測得A、B兩點豎直坐標分別為y1=5.0cm、y2=45.0cm,A、B兩點水平間距Δx=60.0cm,則平拋小球的初速度v0為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字,取g=10m/s2)

(2)該同學在實驗時忘記描下O點,他用一張印有小方格的紙記錄小球的運動軌跡,小方格的邊長為L,若小球在平拋運動途中的三個位置如圖2中的A、B、C所示(當?shù)刂亓铀俣葹間,以下問題用已知量對應(yīng)的字母表示),則:①小球從A點運動到C點所用的時間為。

②小球經(jīng)過B點時速度的水平分速度為。

③小球經(jīng)過C點時速度的豎直分速度為。

答案(1)3.0(2)①22Lg②32解析(1)根據(jù)平拋運動的處理方法,小球在豎直方向做自由落體運動,水平方向做勻速直線運動,所以y1=12gt12、y2=12gt22,水平方向的速度即平拋小球的初速度v0=Δxt2-t(2)①在豎直方向上,根據(jù)Δy=2L=gT2得,T=2Lg,則A到C的時間t=2T=2②小球經(jīng)過B點時速度的水平分速度vx=6L2T③小球在B點時速度的豎直分速度vyB=8L2T=22gL,則小球在C點時速度的豎直分速度vyC=vyB考點二創(chuàng)新實驗角度1器材創(chuàng)新實驗器材的創(chuàng)新1.利用頻閃照相儀獲得運動錄像與軌跡2.利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間,底板上的標尺可以測得水平位移實驗原理的創(chuàng)新利用改變相同水平距離找落點,確定小球在不同水平位置的豎直位置,描出運動軌跡實驗過程的創(chuàng)新倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細管,其中一根彎成水平,加上一個很細的噴嘴,另一根為直管。直管的作用是保證A處的壓強等于大氣壓強,使彎管噴出水的速度(平拋初速度)不受瓶內(nèi)液面的影響。水從噴嘴中噴出,在空中形成彎曲的細水柱,它顯示了平拋運動的軌跡,將軌跡描在其后的紙上,并進行分析處理(2024屆沈陽質(zhì)檢)如圖所示,研究平拋運動規(guī)律的實驗裝置放置在水平桌面上,利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間,底板上的標尺可以測得水平位移。保持水平槽口距底板高度h=0.420m不變,改變小球在斜槽導軌上下滑的起始位置,測出小球做平拋運動的初速度v0、飛行時間t和水平位移d,記錄在表中。(1)由表中數(shù)據(jù)可知,在h一定時,小球水平位移d與其初速度v0成,與無關(guān)。

v0/(m·s-1)0.7411.0341.3181.584t/ms292.7293.0292.8292.9d/cm21.730.338.646.4(2)一位同學計算出小球飛行時間的理論值t理=2?g=2×0.42010s=289.8ms,發(fā)現(xiàn)理論值與測量值之差約為3ms。經(jīng)檢查,實驗及測量無誤,(3)另一位同學分析并糾正了上述偏差后,另做了這個實驗,竟發(fā)現(xiàn)測量值t'依然大于自己得到的理論值t理',但二者之差在3ms~7ms之間,且初速度越大差值越小。對實驗裝置的安裝進行檢查,確認斜槽槽口與底座均水平,則導致偏差的原因是。

答案(1)正比飛行時間t(2)計算時重力加速度取值大于實際值(3)見解析解析(1)由題表中數(shù)據(jù)可知,h一定時,小球的水平位移d與初速度v0成正比,與時間t無關(guān)。(2)該同學計算時重力加速度取的是10m/s2,一般情況下應(yīng)取9.8m/s2,從而導致約3ms的偏差。(3)光電門傳感器置于槽口的內(nèi)側(cè),傳感器的中心距水平槽口(小球開始做平拋運動的位置)還有一段很小的距離,故從小球經(jīng)過傳感器到小球到達拋出點還有一段很短的時間,而且速度越大該時間越短,使測量值大于理論值。1.實驗方法創(chuàng)新:利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間。2.實驗原理創(chuàng)新:h一定時,由記錄表數(shù)據(jù)分析得出小球的水平位移d與初速度v0成正比。角度2測取水器的流量(2024屆淄博質(zhì)檢)圖1為某種管口出水方向可調(diào)的瓶裝水電動取水器,某實驗小組利用平拋運動規(guī)律測量該取水器取水時的流量(單位時間內(nèi)流出水的體積)。實驗方案如下:(1)利用游標卡尺測量取水器出水管內(nèi)徑d,如圖2所示,應(yīng)利用游標卡尺部分進行測量(選填圖2中的字母代號),讀數(shù)為mm。

(2)調(diào)節(jié)取水器管口方向,使取水器啟動后水從管口O點水平射出,如圖3所示。(3)待水在空中形成穩(wěn)定的彎曲水柱后,緊貼水柱后方放置白底方格板(已知每個正方格的邊長為L),并利用手機正對水柱拍攝照片,取水柱上的三個點a、b、c(如圖3所示)。(4)已知當?shù)刂亓铀俣却笮間,根據(jù)圖3可以計算水從管口O點噴出時的初速度v=(用L、g進行表示)。

(5)由上述信息可計算得出取水器取水時的流量Q=(用L、g、d進行表示)。

答案(1)A5.5(4)2gL(5)解析(1)利用游標卡尺的內(nèi)測爪A測量水管內(nèi)徑d,讀數(shù)d=5mm+5×0.1mm=5.5mm。(4)圖3中a、b、c三點間的水平距離均為2L,有2L=v0Δt;在豎直方向有5L-3L=g(Δt)2,可得v0=2gL(5)取水器取水時的流量Q=πd22v0=見《高效訓練》P311.(改編)實驗小組做“探究平拋運動的特點”實驗:(1)圖1是某同學根據(jù)實驗畫出的平拋小球的運動軌跡,O為平拋的起點,在軌跡上任取三點A、B、C,測得A、B兩點豎直坐標y1=5.0cm、y2=45.0cm,A、B兩點水平間距Δx=60.0cm,則平拋小球的初速度v0為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字,取g=10m/s2)

(2)另一同學在實驗時忘記描下O點,他用一張印有小方格的紙記錄小球的運動軌跡,小方格的邊長為L,若小球在平拋運動途中的三個位置如圖2中的A、B、C所示,(當?shù)刂亓铀俣葹間,以下問題用已知量對應(yīng)的字母表示)則:①小球從A運動到C的時間為。

②小球經(jīng)過B點時速度的水平分速度為。

③小球在C點時速度的豎直分速度為。

答案(1)3.0(2)①22Lg③32解析(1)根據(jù)平拋運動的處理方法,小球在豎直方向做自由落體運動,水平方向做勻速直線運動,所以y1=12gt12,y2=12gt22,水平方向的速度即小球做平拋運動的初速度,即v0=Δxt2-t(2)①在豎直方向上,根據(jù)Δy=2L=gT2,得T=2Lg,則小球從A運動到C的時間t=2T=2②小球經(jīng)過B點時速度的水平分速度vx=6L2T③小球在B點時速度的豎直分速度vyB=8L2T=22gL,則小球在C點時速度的豎直分速度vyC=vyB2.(2024屆漢中質(zhì)檢)在做“研究平拋物體的運動”的實驗中,為了確定小球在不同時刻所通過的位置,實驗時用如圖所示的裝置,先將斜槽軌道的末端調(diào)至水平,在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙,并將該木板豎直立于槽口附近處,使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A;將木板向遠離槽口的位置平移距離x,再將小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,小球撞在木板上得到痕跡B;又將木板再向遠離槽口的位置平移距離x,第三次將小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,得到痕跡C。若測得木板每次移動距離x=10.00cm,A、B間距離y1=4.78cm,B、C間距離y2=14.58cm。(g=9.80m/s2)(1)根據(jù)以上直接測量的物理量得小球初速度v0=(用題中所給字母表示)。

(2)小球初速度的測量值為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

答案(1)xgy2-y1(解析(1)豎直木板在水平方向移動距離相同,則小球平拋經(jīng)過A、B、C的時間間隔相等。在豎直方向有y2-y1=g(Δt)2,水平方向有x=v0Δt,可得v0=xgy(2)代入題給相關(guān)數(shù)據(jù)解得v0=1.0m/s。3.(2024屆佛山質(zhì)檢)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。

(2)某同學通過實驗得到的軌跡如圖1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。

(3)該同學在軌跡上選取間距較大的幾個點,測出其坐標,并在直角坐標系內(nèi)繪出了y-x2圖像(如圖2),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)

答案(1)重垂線(2)1∶3∶51∶1∶1零勻加速直線(3)9.60解析(1)豎直線用重垂線確定,因為小球所受的重力是豎直向下的。(2)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。(3)豎直方向有y=12gt2,水平方向有x=v0t,則平拋運動的軌跡方程為y=g2v02x2,則斜率為g2v02=0.80.04m-1=20m-1,4.(2024屆濟南模擬)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1,關(guān)閉水閥,用卷