江蘇專用2022版高考物理一輪復習第4章曲線運動萬有引力與航天實驗5探究平拋運動的特點學案

江蘇專用2022版高考物理一輪復習第4章曲線運動萬有引力與航天實驗5探究平拋運動的特點學案江蘇專用2022版高考物理一輪復習第4章曲線運動萬有引力與航天實驗5探究平拋運動的特點學案PAGE18-江蘇專用2022版高考物理一輪復習第4章曲線運動萬有引力與航天實驗5探究平拋運動的特點學案實驗五探究平拋運動的特點1．實驗目的(1）用實驗的方法描繪平拋運動軌跡。（2）根據(jù)實驗確定平拋物體的初速度。2．實驗原理平拋運動可看作水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合成，則x＝v0t,y＝eq\f(1,2）gt2。令小球做平拋運動,利用追蹤法逐點描出小球運動的軌跡，建立坐標系，測量出x、y，再利用公式求v0＝eq\f（x，t）＝xeq\r（\f(g，2y）），求出平拋物體的初速度。3．實驗器材斜槽、坐標紙、圖釘、白紙、木板及豎直固定架、鉛筆、三角板、有孔卡片、重錘、小球和刻度尺.4．實驗步驟(1）將斜槽放在桌面上，讓其末端伸出桌面邊緣外，調(diào)節(jié)末端，使槽末端切線水平，隨之將其固定，如圖所示。（2)在帶有支架的木板上，用圖釘釘好白紙，并讓豎直放置的木板左上方靠近槽口，使小球滾下飛出后的軌道平面跟板面平行，如圖所示。(3）把小球飛離斜槽末端時的球心位置投影到白紙上，描出點O。（4）讓小球每次都從斜槽上同一適當位置滾下，將中心有孔的卡片靠在紙面上，每次飛行的小球順利地穿過卡片上的小孔時，用鉛筆做上記號。（5)把白紙從木板上取下來,再將上面依次記下的一個個點連成光滑曲線,這樣就描繪出了平拋小球的運動軌跡。5．數(shù)據(jù)處理（1）以O點為原點,水平方向為x軸，豎直向下方向為y軸建立坐標系。（2)在小球平拋運動軌跡上選取A、B、C、D、E五個點，測出它們的x、y坐標值,記到表格內(nèi)。(3）把測到的坐標值依次代入公式v0＝xeq\r（\f(g,2y)),求出小球平拋的初速度，并計算其平均值。6．注意事項(1）保證斜槽末端點的切線水平，方木板豎直且與小球下落的平面平行，并使小球運動時靠近木板，但不接觸。(2)小球每次都從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。（3）小球做平拋運動的起點不是槽口的端點，應是小球在槽口時，球的重心在木板上的水平投影點.（4)小球在斜槽上開始滾下的位置要適當，以便使小球運動的軌跡由木板的左上角到右下角。(5)要選取距O點遠些的點來計算小球的初速度，這樣可減小誤差.實驗原理與操作1．安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須是水平的，這樣做的目的是保證小球飛出時,初速度水平.2．建立坐標系時,以斜槽末端端口位置為坐標原點，實際上應以球的球心在圖板上的水平投影點為坐標原點.3．在做“研究平拋運動"實驗中斜槽軌道不一定需要光滑，但小球每次應從斜槽上同一高度釋放。［題組訓練]1．以下是做研究平拋物體運動實驗的步驟：A．將斜槽固定于實驗桌上。B．將坐標紙固定于木板上，并使木板面豎直且與小球運動軌跡平行和靠近,在坐標紙上記下過槽口的豎直線作為y軸，并作出小球在槽口時在坐標紙上的水平投影點作為原點。C．將鋼球從斜槽上某處由靜止釋放，它離開斜槽軌道后做平拋運動，先用眼睛粗略地確定小球經(jīng)過某一x處（如x＝1cm)的y值；然后使小球再次從原位置滾下，再用鉛筆準確地確定小球通過的位置并在坐標紙上記下來。依次改變x的值，同樣確定出多個點的位置.D．取下坐標紙，作出x軸，然后將記錄的各相鄰點用直線連接起來，得到軌跡。E．在軌跡上取一點，用尺測出x和y的值，求出初速度。在以上步驟中有三處錯誤或不足，請指出并改正過來。（1)___________________________________________________（2）___________________________________________________（3)___________________________________________________［解析]（1）步驟A．未調(diào)整斜槽軌道使其末端切線水平,這樣才可以保證物體離開斜槽后做平拋運動，滿足平拋運動的條件.（2）步驟D．應該用平滑的曲線將各點連接起來,因為平拋運動的軌跡是一條曲線，而非直線。(3）步驟E。要多取幾個點，分別計算初速度，然后取平均值作為測量結果.[答案]見解析2．做“研究平拋運動”實驗中利用鋼球從斜面小槽滾下，在豎直的白紙上記錄小球經(jīng)過的位置，然后得到運動軌跡。(1）實驗中除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘、白紙之外，下列器材中還需要的是________,其中器材________是用來調(diào)整木板是否豎直，保證小球的軌跡平面與板面平行。（填字母序號)A．刻度尺B．秒表C．天平D．彈簧測力計E．重錘線（2)實驗中為減小實驗誤差，下列做法正確的是______。(填字母序號)A．斜槽軌道必須光滑B．斜槽軌道末端必須水平C．每次釋放小球的位置必須相同D．每次必須從靜止開始釋放小球［解析］(1)本實驗不需要測小球運動時間、小球質(zhì)量,不需要測力，所以不需要秒表、天平、彈簧測力計，該實險要測運動位移,要判斷豎直坐標軸是否豎直，所以要用刻度尺、重錘線。故A、E符合題意，B、C、D不符合題意.（2）研究同一次平拋運動時，要保證小球離開端口時速度水平，每次大小一樣，斜槽軌道末端必須水平，軌道可以不光滑，每次重力、阻力做功相同，離開端口時的速度大小相等，故A不符合題意,B符合題意；每次釋放小球的位置必須相同,必須從靜止開始釋放小球，這樣才能保證小球每次離開端口時速度相同,故C、D符合題意。［答案](1）AEE(2)BCD數(shù)據(jù)處理與誤差分析判斷O點是否是拋出點的方法：（1)如圖所示，在軌跡上取A、B、C三點，使A、B、C三點的水平坐標滿足xOA＝xAB＝xBC，則說明從O到A、A到B、B到C的時間相等,過A、B、C三點作水平線和y軸相交，得出A、B、C三點的縱坐標值yA、yB、yC.(2)如果有yA∶yB∶yC＝1∶4∶9或yOA∶yAB∶yBC＝1∶3∶5，則說明O點為平拋運動的初始點；若不滿足上述比例關系，則說明O點不是平拋運動的起點。［題組訓練]1．（2021·江蘇南通高三月考)用如圖1所示的裝置研究平拋運動。將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在硬板上.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較低，鋼球落在擋板上時,鋼球側面會在白紙上擠壓出一個痕跡點，如圖2所示的白紙上建立以拋出點為坐標原點、水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。圖1圖2（1)為保證實驗結果誤差盡可能小，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道必須光滑B．必須調(diào)節(jié)斜槽，保證末端水平，且讓小球出射方向與硬板平行C．必須調(diào)節(jié)硬板，保證硬板在豎直平面內(nèi)D．軌道末端的Q點即為坐標原點,也就是平拋運動的起點（2）在圖2中實驗記錄到的點有一個位置明顯發(fā)生偏差，其產(chǎn)生的原因可能是：該次實驗時，小球在斜槽上釋放的位置與其它幾次相比偏________(選填“高"或“低”)。（3）根據(jù)圖2記錄的點可求得鋼球平拋的初速度大小為________m/s（已知g＝10m/s2）。[解析］（1)研究平拋運動的實驗必須滿足每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球，這樣是為了到達Q點時鋼球能獲得同樣的平拋運動的水平初速度，與斜面是否光滑沒有什么影響,故A錯誤;研究平拋運動的實驗還應滿足初速度方向為水平方向,所以必須調(diào)節(jié)斜槽,保證末端水平，且讓小球出射方向與硬板平行，故B正確；為了保證小球能在豎直平面內(nèi)做平拋運動，還必須調(diào)節(jié)硬板，保證硬板在豎直平面內(nèi),故C正確；建立直角坐標系時，要取小球剛開始做平拋運動時的重心位置為坐標原點,即球心離開軌道處作為平拋運動的起點,故D錯誤.(2)在圖2中實驗記錄到的點有一個位置明顯發(fā)生偏差，其產(chǎn)生的原因可能是該次實驗時,小球在斜槽上釋放的位置與其它幾次相比偏低，導致其做平拋運動的初速度偏小。(3）由運動學公式,可得h＝0.20m＝eq\f(1，2）gt2x＝0.20m＝v0t聯(lián)立上式解得v0＝1m/s.[答案］(1)BC(2）低（3)12．圖甲是“研究平拋物體運動”的實驗裝置圖，通過描點畫出平拋小球的運動軌跡。甲（1)以下是實驗過程中的一些做法，其中合理的有________.a．安裝斜槽軌道,使其末端保持水平b．每次小球釋放的初始位置可以任意選擇c．每次小球應從同一高度由靜止釋放d．為描出小球的運動軌跡,描繪的點可以用折線連接(2)實驗得到平拋小球的運動軌跡，在軌跡上取一些點，以平拋起點O為坐標原點,測量它們的水平坐標x和豎直坐標y，圖乙中y.x2圖象能說明平拋小球運動軌跡為拋物線的是________。abcd乙(3）圖丙是某同學根據(jù)實驗畫出的平拋小球的運動軌跡，O為平拋的起點，在軌跡上任取兩點A、B，測得A、B兩點縱坐標y1＝5。0cm，y2＝45.0cm,A、B兩點水平間距Δx＝40。0cm.則平拋小球的初速度v0為______m/s.丙［解析］(1）a.為了保證小球的初速度水平,安裝斜槽軌道時，斜槽末端必須保持水平,故a正確;為了保證小球每次平拋運動的初速度相等，每一次讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放,故b錯誤,c正確；為描出小球的運動軌跡,描繪的點要用平滑曲線連接，故d錯誤。（2）根據(jù)平拋運動的規(guī)律有:x＝v0t,y＝eq\f(1，2)gt2得：y＝eq\f（gx2,2v\o\al(2,0)）＝kx2，其中k＝eq\f(g，2v\o\al(2,0））＝定值,可知y與x2的圖線是過原點的傾斜直線，因此，題圖乙中y-x2圖象能說明平拋小球運動軌跡為拋物線的是c.（3)根據(jù)y1＝eq\f（1，2)gteq\o\al（2,1)，得：t1＝eq\r（\f（2y1，g)）根據(jù)y2＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,2），得：t2＝eq\r（\f（2y2，g))則小球的初速度為:v0＝eq\f（Δx,t2－t1)已知y1＝5。0cm＝0。05m，y2＝45。0cm＝0.45m,Δx＝40.0cm＝0.4m,代入上式解得:v0≈2。0m/s。[答案］(1）ac(2）c(3）2.03．在“研究平拋物體運動"的實驗中，可以描繪平拋物體運動軌跡和求物體的平拋初速度。實驗簡要步驟如下：A．安裝好器材，注意調(diào)節(jié)斜槽使其末端水平，平板豎直，記下斜槽末端O點和過O點的豎直線B．讓小球多次從同一位置上由靜止?jié)L下，記下小球穿過卡片孔的一系列位置C．取下白紙,以O為原點，以豎直線為軸建立坐標系，用平滑曲線畫平拋軌跡D．測出曲線上某點的坐標x、y，算出該小球的平拋初速度，實驗需要對多個點求v0的值,然后求它們的平均值如圖所示，在“研究平拋物體運動”的實驗中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L＝2。5cm。若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計算式為v0＝________(用L、g表示)，其值是________（取g＝10m/s2），小球在c點的豎直方向速率是________.［解析]在豎直方向上，根據(jù)Δy＝L＝gT2得,T＝eq\r(\f（L,g)),則小球平拋運動的初速度v0＝eq\f（2L，T)＝2eq\r(gL），代入數(shù)據(jù)得，v0＝2×eq\r（10×0。025）m/s＝1。0m/s。小球在c點的豎直分速度vyc＝eq\f（5L,2T)＝eq\f(5,2）eq\r(gL)＝eq\f(5，2）×eq\r(10×0.025)m/s＝1.25m/s。［答案]2eq\r（gL）1。0m/s1.25m/s實驗拓展與創(chuàng)新獲得小球做平拋運動的軌跡1．徑跡法2．照相法：用頻閃照相機得到物體運動的軌跡.3．描跡法［題組訓練]1．某同學利用數(shù)碼照相機的連續(xù)拍攝功能來研究平拋運動。一小球做平拋運動時，照相機拍得的其中三張連續(xù)照片如圖所示，A、B、C三點分別為小球在三張照片上的位置，圖中背景方格的邊長均為5cm，g取10m/s2，則:（1）拍攝相鄰兩張照片的時間間隔為________s。(2）小球運動的水平分速度為________m/s。（3)小球經(jīng)過B點時的豎直分速度為________m/s。（4）在探究平拋運動的規(guī)律時，可以選用如圖所示的各種裝置圖，以下操作合理的是________。裝置1裝置2裝置3A．選用裝置1研究平拋物體豎直分運動，應該用眼睛看A、B兩球是否同時落地B．選用裝置2時，要獲得穩(wěn)定的細水柱所顯示的平拋軌跡,豎直管上端A一定要低于水面C．選用裝置3時，要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置釋放鋼球［解析］（1）根據(jù)Δy＝gT2得，T＝eq\r(\f(Δy,g）)＝eq\r(\f(2L，g))＝eq\r（\f(2×0。05,10））＝0。1s.（2）小球運動中水平分速度v0＝eq\f(x，T）＝eq\f(3L，T）＝eq\f（3×0。05，0。1)m/s＝1。5m/s.（3)B點豎直方向上分速度等于AC段豎直方向上的平均速度，則vy＝eq\f（yAC，2T）＝eq\f(8L，2T)＝eq\f(8×0。05,2×0.1)＝2。0m/s。(4)選用裝置圖1研究平拋物體豎直分運動，應該用聽聲音的方法判斷小球是否同時落地，故A錯誤;裝置圖2中A管內(nèi)與大氣相通，為外界大氣壓強，A管在水面下保證A管上出口處的壓強為大氣壓強，因而另一出水管的上端口處壓強與A管上出口處的壓強有恒定的壓強差，保證另一出水管出水壓強恒定,從而使水速度恒定，如果A管上出口在水面上則水面上為恒定大氣壓強，因而隨水面下降，出水管上口壓強降低，出水速度減小,故B正確；選用裝置圖3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，這樣才能保證初速度相同，故C錯誤。[答案]（1)0.1（2)1.5(3）2。0(4）B2．三個同學根據(jù)不同的實驗條件，進行了“探究平拋運動規(guī)律”的實驗：甲乙丙（1)甲同學采用如圖甲所示的裝置。用小錘打擊彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落,觀察到兩球同時落地，改變小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地,這說明_______________________________.(2）乙同學采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端與可看作光滑的水平板相切；兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度，使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小鐵球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的下端射出。實驗可觀察到的現(xiàn)象應是__________________________________。僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_