新教材高中物理第五章拋體運(yùn)動第3節(jié)實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)提升訓(xùn)練（含解析）新人教版必修

第3節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)1．以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受eq\o(□,\s\up3(01))重力的作用，這時(shí)的運(yùn)動叫作eq\o(□,\s\up3(02))拋體運(yùn)動。如果初速度是沿eq\o(□,\s\up3(03))水平方向的，就是平拋運(yùn)動。2．實(shí)驗(yàn)思路(1)由于物體是沿eq\o(□,\s\up3(04))水平方向拋出的，在運(yùn)動過程中只受到eq\o(□,\s\up3(05))豎直向下的重力作用，因此可以將平拋運(yùn)動分解為eq\o(□,\s\up3(06))水平方向的分運(yùn)動和eq\o(□,\s\up3(07))豎直方向的分運(yùn)動。我們需要知道這兩個方向的eq\o(□,\s\up3(08))位移或eq\o(□,\s\up3(09))速度隨時(shí)間變化的信息。(2)分析與猜想：由于小球在平拋運(yùn)動過程只受eq\o(□,\s\up3(10))重力作用，小球在水平方向不受力的作用，故水平方向沒有eq\o(□,\s\up3(11))加速度，水平方向做eq\o(□,\s\up3(12))勻速直線運(yùn)動。在豎直方向，根據(jù)牛頓第二定律，小球在重力的作用下產(chǎn)生的加速度為eq\o(□,\s\up3(13))重力加速度，而在豎直方向的初速度為eq\o(□,\s\up3(14))零，豎直方向做eq\o(□,\s\up3(15))自由落體運(yùn)動。3．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(1)方案一：設(shè)法記錄做平拋運(yùn)動的物體經(jīng)過eq\o(□,\s\up3(16))相等時(shí)間間隔所到達(dá)的位置，獲得水平方向和豎直方向的eq\o(□,\s\up3(17))位移隨時(shí)間變化的具體數(shù)據(jù)，便可以獨(dú)立分析水平方向和豎直方向的運(yùn)動規(guī)律。可以用頻閃照相或者錄制視頻的方法，記錄物體在不同時(shí)刻的位置。(2)方案二：在水平和豎直兩個方向中，先研究其中一個方向的運(yùn)動規(guī)律，再設(shè)法分析另外一個方向的運(yùn)動規(guī)律。典型考點(diǎn)一探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)的基本思路1．兩個同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)：(1)甲同學(xué)采用如圖甲所示的裝置，用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地。改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說明_____________________。(2)乙同學(xué)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)射兩個相同的小鐵球P、Q，其中M、N的末端可看作與光滑的水平板相切，兩軌道上端C、D處分別裝有電磁鐵；調(diào)節(jié)兩電磁鐵的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道末端的水平初速度v0相等?，F(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在兩電磁鐵上，然后切斷電源，使兩小球能以相同的初速度v0同時(shí)分別從軌道M、N的末端射出。實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是______________________。僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_______________________。答案(1)平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(2)P球擊中Q球平拋運(yùn)動的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動解析(1)圖甲是通過實(shí)驗(yàn)來探究平拋運(yùn)動的小球在豎直方向上的運(yùn)動特點(diǎn)。結(jié)論為：平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動。(2)圖乙是通過實(shí)驗(yàn)來探究平拋運(yùn)動的小球在水平方向上的運(yùn)動特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：P球擊中Q球。結(jié)論為：平拋運(yùn)動的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動。典型考點(diǎn)二用斜槽軌道探究平拋運(yùn)動水平分運(yùn)動的特點(diǎn)2．在“探究平拋物體的運(yùn)動特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中，為了描出物體的運(yùn)動軌跡，實(shí)驗(yàn)應(yīng)有下列各個步驟：A．以O(shè)為原點(diǎn)，畫出與y軸相垂直的水平方向的x軸；B．把事先做好的有缺口的紙片用手按在豎直木板上，使由斜槽上滾下、拋出的小球正好從紙片的方孔中通過，用鉛筆在白紙上描下小球穿過這個缺口的位置；C．每次都使小球從斜槽上固定的標(biāo)卡位置開始滾下，用同樣的方法描出小球經(jīng)過的一系列位置，并用平滑的曲線把它們連接起來，這樣就描出了小球做平拋運(yùn)動的軌跡；D．用圖釘把白紙釘在豎直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽；E．把斜槽末端拉高一個球半徑處定為O點(diǎn)，在白紙上描出O點(diǎn)，利用重錘線在白紙上畫出過O點(diǎn)向下的豎直線，定為y軸。(1)在上述的實(shí)驗(yàn)步驟中，缺少的步驟F是_____________________。(2)在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是________。答案(1)調(diào)整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，說明斜槽末端切線已水平(2)DFEABC解析在“探究平拋物體的運(yùn)動特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中，影響探究、測量誤差的重要因素之一是斜槽末端切線是否水平，而本題提供的步驟中正缺少對斜槽的調(diào)整。其安裝、調(diào)整要求是：斜槽末端切線應(yīng)水平。具體操作方法是：調(diào)整斜槽，并將小球放在斜槽末端，輕輕撥動小球，若小球可停留在槽末端的任何位置，說明斜槽末端切線已調(diào)整成水平。因此，(1)缺少的步驟F是：調(diào)整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，說明斜槽末端切線已水平。(2)實(shí)驗(yàn)步驟的正確順序是DFEABC。3．(1)在做“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的有________。A．游標(biāo)卡尺B．秒表C．坐標(biāo)紙D．天平E．彈簧測力計(jì)F．重錘線(2)(多選)實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是()A．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下B．斜槽軌道必須光滑C．要使描出的軌跡更好地反映真實(shí)運(yùn)動，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些D．斜槽軌道末端可以不水平(3)(多選)引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大的原因可能是()A．安裝斜槽時(shí)，斜槽末端切線方向不水平B．確定Oy軸時(shí)，沒有用重錘線C．斜槽不是絕對光滑的，有一定摩擦D．空氣阻力對小球運(yùn)動有較大影響答案(1)CF(2)AC(3)ABD解析(1)實(shí)驗(yàn)中需要在坐標(biāo)紙上記錄小球的位置，描繪小球的運(yùn)動軌跡，需要利用重錘線確定坐標(biāo)軸的y軸。故C、F是需要的。(2)使小球從斜槽上同一位置自由滾下，才能保證每次的軌跡相同，A正確；斜槽軌道不必須光滑，只要能使小球水平飛出的初速度相同即可，B錯誤；實(shí)驗(yàn)中記錄的點(diǎn)越多，軌跡越精確，C正確；斜槽軌道末端必須水平，才能保證小球離開斜槽后做平拋運(yùn)動，D錯誤。(3)小球從斜槽末端飛出時(shí)，斜槽末端切線不水平，y軸方向不沿豎直方向，空氣阻力對小球運(yùn)動有較大影響，都會影響小球的運(yùn)動軌跡，從而引起較大的實(shí)驗(yàn)誤差，而斜槽不絕對光滑只會影響小球平拋的初速度大小，不會引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大，故A、B、D正確，C錯誤。典型考點(diǎn)三用頻閃照相法探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)4．小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片的一部分如圖所示，圖中每小格邊長為1.09cm，閃光的頻率為每秒30次，由圖可知，小球在水平方向做________運(yùn)動，水平初速度是________m/s；豎直方向的加速度是________m/s2，故在豎直方向做的是________運(yùn)動。答案勻速直線0.3279.81自由落體解析由圖可知，每隔eq\f(1,30)s小球在水平方向向右運(yùn)動1.09cm，故小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動，水平初速度v0＝eq\f(1.09×10－2,\f(1,30))m/s＝0.327m/s；連續(xù)相等的時(shí)間eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,30)s))內(nèi)豎直方向的位移差均為1.09cm，故小球在豎直方向做勻加速運(yùn)動，加速度a＝eq\f(Δy,T2)＝eq\f(1.09×10－2,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,30)))2)m/s2＝9.81m/s2，近似等于重力加速度，故在豎直方向做自由落體運(yùn)動。典型考點(diǎn)四實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)5．如圖所示，探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)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(shí)間，底板上的標(biāo)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(dǎo)軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運(yùn)動的初速度v0、飛行時(shí)間t和水平位移d，記錄在表中。v0(m/s)t(ms)d(cm)46.4(1)由表中數(shù)據(jù)可知，在h一定時(shí)，小球水平位移d與其初速度v0成________關(guān)系。(2)一位同學(xué)計(jì)算出小球飛行時(shí)間的理論值t理＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\,10))s＝289.8ms，發(fā)現(xiàn)理論值與測量值之差約為3ms。經(jīng)檢查，實(shí)驗(yàn)及測量無誤，其原因是________________________________________________。(3)另一位同學(xué)分析并糾正了上述偏差后，另做了這個實(shí)驗(yàn)，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3～7ms之間，且初速度越大差值越小。對實(shí)驗(yàn)裝置的安裝進(jìn)行檢查，確認(rèn)斜槽槽口與底座均水平，則導(dǎo)致偏差的原因是______________。答案(1)正比(2)計(jì)算時(shí)重力加速度取值(10m/s2)大于實(shí)際值(3)見解析解析(1)由題表中數(shù)據(jù)可知，h一定時(shí)，小球的水平位移d與其初速度v0成正比關(guān)系。(2)該同學(xué)計(jì)算時(shí)重力加速度取的是10m/s2，而實(shí)際重力加速度約為9.8m/s2，故導(dǎo)致約3ms的偏差。(3)光電門傳感器置于槽口的內(nèi)側(cè)，使時(shí)間的測量值大于理論值，且初速度越大，二者差值越小。1．(多選)在探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)時(shí)，可以選用如圖所示的各種裝置圖，以下說法正確的是()A．選用裝置1探究平拋物體的水平分運(yùn)動的特點(diǎn)，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時(shí)落地B．選用裝置2要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示的平拋軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C．選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放D．除上述裝置外，也能用數(shù)碼照相機(jī)拍攝鋼球做平拋運(yùn)動時(shí)每秒15幀的錄像獲得平拋軌跡答案BD解析選用裝置1探究平拋物體的豎直分運(yùn)動的特點(diǎn)，應(yīng)該用耳朵聽聲音判斷A、B兩球是否同時(shí)落地，所以A錯誤；裝置2中豎直管上端A一定要低于水面，才能保證兩管上端之間的壓強(qiáng)差恒定，水離開噴嘴時(shí)的速度恒定，所以B正確；裝置3中從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，才能保證每次平拋運(yùn)動的初速度相同，因此C錯誤；D正確。2．在“探究平拋物體的運(yùn)動特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中，在安裝實(shí)驗(yàn)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()A．保證小球飛出時(shí)，速度既不太大，也不太小B．保證小球飛出時(shí)，初速度水平C．保證小球在空中運(yùn)動的時(shí)間每次都相等D．保證小球運(yùn)動的軌跡是一條拋物線答案B解析斜槽末端切線必須水平，是為了確保初速度水平，以滿足平拋運(yùn)動的條件，故B正確。3．(多選)在做“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的是()A．安裝斜槽和木板時(shí)，一定要注意木板是否豎直B．安裝斜槽和木板時(shí)，只要注意小球不和木板發(fā)生摩擦即可C．每次實(shí)驗(yàn)都要把小球從同一位置由靜止釋放D．實(shí)驗(yàn)的目的是描出小球的運(yùn)動軌跡，分析平拋運(yùn)動的特點(diǎn)答案ACD解析安裝斜槽和木板時(shí)，木板要豎直，以保證描點(diǎn)準(zhǔn)確，故A正確，B錯誤；為保證小球每次做平拋運(yùn)動的初速度相同，每次實(shí)驗(yàn)都要把小球從同一位置由靜止釋放，故C正確；實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪沁x項(xiàng)D所述，故D正確。4．如圖所示為利用頻閃攝影方法拍攝的探究物體做平拋運(yùn)動的特點(diǎn)的照片，圖中A、B、C為三個同時(shí)由同一點(diǎn)O出發(fā)的相同小球。OA′為A球在光滑水平面上以速度v運(yùn)動的軌跡；OB′為B球以速度v被水平拋出后的運(yùn)動軌跡；OC′為C球自由下落的運(yùn)動軌跡。通過分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：(1)_____________________________(2)_____________________________答案(1)做平拋運(yùn)動的物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動。(2)做平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動。解析仔細(xì)觀察照片可以發(fā)現(xiàn)，B、C兩球在任一曝光瞬間的位置總在同一水平線上，說明平拋運(yùn)動小球B在豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與自由落體運(yùn)動相同；而A、B兩小球在任一曝光瞬間的位置總在同一豎直線上，說明平拋運(yùn)動小球B在水平方向上的運(yùn)動規(guī)律與勻速直線運(yùn)動相同。5．做雜技表演的汽車從高臺水平飛出，在空中運(yùn)動后著地，一架照相機(jī)通過多次曝光，拍攝到汽車在著地前后一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動照片如圖所示(虛線為正方形格子)。已知汽車長度為3.6m，相鄰兩次曝光的時(shí)間間隔相等，由照片可推算出汽車離開高臺時(shí)的瞬時(shí)速度大小為________m/s，高臺離地面的高度為________m。(g取10m/s2)答案解析由照片知在前兩段曝光的時(shí)間間隔內(nèi)，汽車的豎直位移之差Δy＝l＝3.6m，又Δy＝gT2，所以相鄰兩次曝光的時(shí)間間隔T＝eq\r(\f(Δy,g))＝eq\,10))s＝0.6s。相鄰兩次曝光時(shí)間內(nèi)的水平位移2l＝7.2m所以汽車離開高臺時(shí)的瞬時(shí)速度大小v0＝eq\f(2l,T)＝eq\,0.6)m/s＝12m/s。第二次曝光時(shí)車的豎直速度vy＝eq\f(3l,2T)＝eq\,2×0.6)m/s＝9m/s，此時(shí)，車下落的時(shí)間t1＝eq\f(vy,g)＝eq\f(9,10)s＝0.9s，從開始到落地的總時(shí)間t2＝t1＋T＝1.5s，故高臺離地面的高度h＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)×10×2m＝11.25m。6．在“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中，(1)圖1是用橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的________在坐標(biāo)紙上的水平投影點(diǎn)。A．球心B．球的上端C．球的下端在此實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是________。A．斜槽軌道必須光滑B．記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C．用光滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來D．y軸的方向根據(jù)重錘線確定(2)圖2是利用圖1裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片，由照片可判斷實(shí)驗(yàn)操作錯誤的是________。A．釋放小球時(shí)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答案(1)BBD(2)C解析(1)由題干中確定小球平拋運(yùn)動軌跡的方法及實(shí)驗(yàn)原理知，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)小球的上端在坐標(biāo)紙上的水平投影點(diǎn)，所以選B。實(shí)驗(yàn)過程中，斜槽軌道不一定光滑，只要能夠保證小球從同一位置靜止釋放，即使軌道粗糙，小球離開斜槽末端的速度也是一樣的，所以A錯誤；記錄點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些，能夠保證描點(diǎn)所得的軌跡更平滑、準(zhǔn)確，B正確；描點(diǎn)時(shí)與平滑曲線偏差過大的點(diǎn)須舍去，C錯誤；y軸必須沿豎直方向，即用重錘線確定，即D正確。(2)由題圖2可知斜槽末端切線不水平，才會造成小球離開斜槽后做斜拋運(yùn)動，C符合題意。7．在做“研究平拋運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過描點(diǎn)法畫出小球平拋運(yùn)動的軌跡，并求出平拋運(yùn)動的初速度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)將固定有斜槽的木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，實(shí)驗(yàn)前要檢查木板是否水平，請簡述你的檢查方法：______________________。(2)關(guān)于這個實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________。A．小球釋放的初始位置越高越好B．每次小球要從同一高度由靜止釋放C．實(shí)驗(yàn)前要用重錘線檢查坐標(biāo)紙上的豎線是否豎直D．小球的平拋運(yùn)動要靠近木板但不接觸(3)在做“研究平拋運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，坐標(biāo)紙應(yīng)當(dāng)固定在豎直的木板上，圖中坐標(biāo)紙的固定情況與斜槽末端的關(guān)系正確的是________。(4)某同學(xué)在描繪平拋運(yùn)動軌跡時(shí)，得到的部分軌跡曲線如圖乙所示。在曲線上取A、B、C三個點(diǎn)，測量得到A、B、C三點(diǎn)間豎直距離h1＝10.20cm，h2＝20.20cm，A、B、C三點(diǎn)間水平距離x1＝x2＝x＝12.40cm，g取10m/s2，則小球平拋運(yùn)動的初速度v0的計(jì)算式為________(用字母h1、h2、x、g表示)，代入數(shù)據(jù)得其大小為________m/s。答案(1)將小球放在木板的任意位置，小球靜止不動，則木板水平(或用水平儀檢查木板是否水平等)(2)BCD(3)C(4)xeq\r(\f(g,h2－h(huán)1))解析(1)使小球做平拋運(yùn)動，關(guān)鍵是使斜槽末端切線水平，檢查木板是否水平可以將小球放在斜槽的末端(或木板上的任意位置)看小球能否靜止，或用水平儀檢查木板是否水平等。(2)小球釋放的初始位置并非越高越好，若是太高，導(dǎo)致水平拋出的速度太大，實(shí)驗(yàn)難以操作，故A錯誤；因?yàn)橐嬐贿\(yùn)動的軌跡，故每次釋放小球的位置必須相同，且由靜止釋放，以保證獲得相同的初速度，故B正確；小球豎直方向做自由落體運(yùn)動，水平方向做勻速運(yùn)動，為了正確描繪其軌跡，必須確保坐標(biāo)紙上的豎線是豎直的，故C正確；實(shí)驗(yàn)要求小球滾下時(shí)不能碰到豎直木板平面，避免因摩擦而使運(yùn)動軌跡改變，最后軌跡應(yīng)連成平滑的曲線，故D正確。(3)斜槽末端是水平的，小球做平拋運(yùn)動，要分解為水平和豎直方向的分運(yùn)動，故方格紙應(yīng)該水平豎直，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)該與小球在斜槽末端靜止時(shí)在豎直木板上的投影重合，故C正確。(4)小球在豎直方向做勻變速直線運(yùn)動，連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移差為常數(shù)，因此有h2－h(huán)1＝gt2，所以t＝eq\r(\f(h2－h(huán)1,g))，小球平拋運(yùn)動的初速度大小為v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,h2－h(huán)1))，代入數(shù)據(jù)，解得v0＝1.24m/s。8．在做“研究平拋運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球在不同時(shí)刻所通過的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)采用如圖所示的裝置。先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，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(yuǎn)離槽口方向平移距離x，再使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；將木板再向遠(yuǎn)離槽口方向平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放