4.5實驗探究平拋運動的特點（講）（原卷版）

第四章拋體運動與圓周運動實驗探究平拋運動的特點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、復寫紙、白紙、鋼球、刻度尺、鉛垂線、三角板、鉛筆等。3.實驗過程（1）安裝、調整背板：將白紙放在復寫紙下面，然后固定在裝置背板上，并用鉛垂線檢查背板是否豎直。（2）安裝、調整斜槽：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水平，也就是將小球放在斜槽末端直軌道上，小球若能靜止在直軌道上的任意位置，則表明斜槽末端已調水平，如圖。（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，會擠壓復寫紙，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）確定坐標原點及坐標軸：選定斜槽末端處小球球心在白紙上的投影的點為坐標原點O，從坐標原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。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坐標和x坐標之間應該滿足關系式y(tǒng)＝ax2（a是待定常量），用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標值代入y＝ax2求出a，再測量其他幾個點的x、y坐標值，代入y＝ax2，若在誤差范圍內都滿足這個關系式，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＝gt2，即可求出多個初速度v0＝x，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。③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上兩式得v0＝x5.注意事項（1）固定斜槽時，要保證斜槽末端切線水平，以保證小球的初速度水平，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速度相等。（3）坐標原點（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，球的球心在背板上的水平投影點。考點一教材原型實驗典例精析變式鞏固（2023·浙江·統(tǒng)考高考真題）1.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M必須光滑且其末端水平B.上下調節(jié)擋板N時必須每次等間距移動C.小鋼球從斜槽M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.B.C.D.2.用如圖甲所示裝置研究平拋運動。將白紙和復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。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復，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．斜槽軌道末段水平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（2）為定量研究，建立以水平方向為軸、豎直方向為軸的坐標系；a．取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的_______（選填“最上端”、“最下端”或者“球心”）對應白紙上的位置即為原點；在確定..軸時_______（選填“需要”或者“不需要”）軸與重錘線平行；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)：如圖乙所示，在軌跡上取A、B、C三點，AB和BC的水平間距相等且均為，測得AB和BC的豎直間距分別是和，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?shù)刂亓铀俣葹?，結果用上述字母表示）。（3）為了得到平拋物體運動軌跡，同學們提出了以下三種方案，其中可行的是_______；A．從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱，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（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，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．在下落過程中機械能守恒考點二探索創(chuàng)新實驗實驗器材的創(chuàng)新實驗設計的創(chuàng)新1.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.底板上的標尺可以測得水平位移。1.用頻閃儀膠片記錄物體在幾個閃光時刻的位置代替鉛筆描跡。2.利用分析頻閃照片的方法代替坐標紙，使數(shù)據(jù)分析更方便。利用改變相同水平距離控制相同的運動時間，根據(jù)找落點確定小球在不同水平位置的豎直位置。典例精析變式鞏固3.某科學興趣小組要驗證小球平拋運動的規(guī)律，實驗設計方案如圖甲所示，用輕質細線拴接一小球，在懸點O正下方有水平放置的熾熱的電熱絲P，當懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷；為水平木板，已知懸線長為L，懸點到木板的距離。（1）將小球向左拉起后自由釋放，最后小球落到木板上的C點，。（2）圖乙是以豎直方格板為背景通過頻閃照相得到的照片，每個格的邊長，通過實驗，記錄了小球在運動途中的三個位置，如圖所示，則該頻閃照相的周期為_____s，小球做平拋運動的初速度為_____；（）。（3）在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時懸線與豎直方向的夾角，小球落點與點的水平距離x將隨之改變，經多次實驗，以為縱坐標、為橫坐標，得到如圖丙所示圖象，則當時，x為_____m（答案可帶根號）。4.某實驗小組利用圖1所示裝置測定平拋運動的初速度。把白紙和復寫紙疊放一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個斜面，斜面的底邊ab與桌子邊緣及木板均平行。每次改變木板和桌邊之間的距離，讓鋼球從斜面頂端同一位置滾下，通過碰撞復寫紙，在白紙上記錄鋼球的落點。①為了正確完成實驗，以下做法必要的是________。A.實驗時應保持桌面水平B.每次應使鋼球從靜止開始釋放C.使斜面的底邊ab與桌邊重合D.選擇對鋼球摩擦力盡可能小的斜面②實驗小組每次將木板向遠離桌子的方向移動，在白紙上記錄了鋼球的4個落點，相鄰兩點之間的距離依次為、、，示意如圖2。重力加速度，鋼球平拋的初速度為________m/s。③圖1裝置中，木板上懸掛一條鉛垂線，其作用是________。（2022·福建·高考真題）5.某實驗小組利用圖（a）所示裝置驗證小球平拋運動的特點。實驗時，先將斜槽固定在貼有復寫紙和白紙的木板邊緣，調節(jié)槽口水平并使木板豎直；把小球放在槽口處，用鉛筆記下小球在槽口時球心在木板上的水平投影點O，建立坐標系．然后從斜槽上固定的位置釋放小球，小球落到擋板上并在白紙上留下印跡．上下調節(jié)擋板進行多次實驗．實驗結束后，測量各印跡中心點、、的坐標，并填入表格中，計算對應的值。1320（1）根據(jù)上表數(shù)據(jù)，在圖（b）給出的坐標紙上補上數(shù)據(jù)點，并繪制“”圖線______。（2）由圖線可知，小球下落的高度y，與水平距離的平方成____________（填“線性”或“非線性”）關系，由此判斷小球下落的軌跡是拋物線。（3）由圖線求得斜率k，小球平拋運動的初速度表達式為____________（用斜率k和重力加速度g表示）。（4）該實驗得到的圖線常不經過原點，可能的原因是________________________。（2017·浙江·高考真題）6.在研究“平拋運動”實驗中，(1)圖1是橫擋條，卡住平拋小球，用鉛筆標注小球最高點，確定平拋運動軌跡的方法，坐標原點應選小球在斜槽末端時的_______．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.記錄的點應適當多一些C.用光滑曲線把所有的點連接起來軸的方向根據(jù)重垂線確定（2）圖2是利用圖1裝置拍攝小球做平拋運動的頻閃照片，由照片可以判斷實驗操作錯誤的是____．A.釋放小球時初速度不為零B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線不水平（3）圖3是利用穩(wěn)定的細水柱顯示平拋運動軌跡的裝置，其中正確的是_______．（2018·全國·高考真題）7.甲、乙兩同學通過下面的實驗測量人的反應時間．實驗步驟如下：（1）甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂．乙把手放在尺的下端（位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺），準備用手指夾住下落的尺．（2）甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子．若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應時間為________（用L、L1和g表示）．（3）已知當?shù)氐闹亓铀俣却笮間=9.80m/s2，L=30.0cm，L1=10.4cm，乙的反應時間為__________s．（結果保留2位有效數(shù)字）（4）寫出一條提高測量結果準確程度的建議：___________．（2021·全國乙卷·22）8.某同學利用圖（a）所示裝置研究平拋運動的規(guī)律。實驗時該同學使用頻閃儀和照相機對做平拋運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔發(fā)出一次閃光，某次拍攝后