第四章 微專題30　實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)-2025年高中物理《加練半小時(shí)》新教材版

第四章拋體運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)第四章拋體運(yùn)動(dòng)圓周運(yùn)動(dòng)微專題30實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1．小球每次從斜槽上相同位置由靜止釋放，以保證小球平拋的初速度相同。2.求初速度：(1)原點(diǎn)為拋出點(diǎn)，則由x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2求初速度v0；(2)原點(diǎn)不是拋出點(diǎn)，若已知平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上連續(xù)相同水平位移的下落高度y1、y2，可由y2－y1＝g(Δt)2，x＝v0Δt求初速度v0。1．用如圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。將白紙和復(fù)寫紙對(duì)齊重疊并固定在豎直的木板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點(diǎn)飛出，落在豎直擋板MN上。由于豎直擋板與豎直木板的夾角略小于90°，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。每次將豎直擋板向右平移相同的距離L，從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。(1)實(shí)驗(yàn)前需要檢查斜槽末端是否水平，正確的檢查方法是____________________________。(2)以平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為x軸正方向，豎直向下為y軸正方向建立坐標(biāo)系。將鋼球放在Q點(diǎn)，鋼球的________(選填“最右端”“球心”或“最下端”)對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(diǎn)。(3)實(shí)驗(yàn)得到的部分點(diǎn)跡a、b、c如圖乙所示，相鄰兩點(diǎn)的水平間距均為L(zhǎng)，ab和ac的豎直間距分別是y1和y2，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，則鋼球平拋的初速度大小為__________，鋼球運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)的速度大小為________。答案(1)將鋼球置于軌道平直段各處，都能靜止，說明斜槽末端水平(2)球心(3)Leq\r(\f(g,y2－2y1))eq\f(1,2)eq\r(\f(y22＋4L2g,y2－2y1))解析(1)將鋼球置于軌道平直段各處，都能靜止，說明斜槽末端水平。(2)鋼球的球心對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(diǎn)。(3)由于相鄰兩點(diǎn)間水平距離相等，故時(shí)間相等，根據(jù)(y2－y1)－y1＝gt2解得t＝eq\r(\f(y2－2y1,g))則初速度為v＝eq\f(L,t)＝Leq\r(\f(g,y2－2y1))b點(diǎn)的豎直速度vby＝eq\f(y2,2t)聯(lián)立得b點(diǎn)的速度vb＝eq\r(v2＋vby2)＝eq\f(1,2)eq\r(\f(y22＋4L2g,y2－2y1))。2．用如圖甲所示的裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。將白紙和復(fù)寫紙對(duì)齊重疊并固定在硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點(diǎn)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(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)，在如圖乙所示的白紙上建立以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)、水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。(1)為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)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，且讓鋼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(diǎn)即為坐標(biāo)原點(diǎn)，也就是平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)(2)在圖乙中實(shí)驗(yàn)記錄到的點(diǎn)有一個(gè)位置明顯發(fā)生偏差，其產(chǎn)生的原因可能是：該次實(shí)驗(yàn)時(shí)，鋼球在斜槽上釋放的位置與其他幾次相比偏______(選填“高”或“低”)。(3)根據(jù)圖乙記錄的點(diǎn)可求得鋼球平拋的初速度大小為________m/s。(已知g＝10m/s2)答案(1)BC(2)低(3)1解析(1)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)必須滿足每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球，這樣是為了鋼球到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)能獲得同樣的水平初速度，斜面是否光滑對(duì)結(jié)果沒有什么影響，故A錯(cuò)誤；研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)還應(yīng)滿足初速度方向?yàn)樗椒较颍员仨氄{(diào)節(jié)斜槽，保證末端水平，且讓鋼球出射方向與硬板平行，故B正確；為了保證在硬板上準(zhǔn)確畫出鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，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(biāo)系時(shí)，要取鋼球剛開始做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的重心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，也就是距離軌道末端的Q點(diǎn)正上方一個(gè)鋼球半徑的長(zhǎng)度作為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。(2)在題圖乙中實(shí)驗(yàn)記錄到的點(diǎn)有一個(gè)位置明顯發(fā)生偏差，其產(chǎn)生的原因可能是該次實(shí)驗(yàn)時(shí)，鋼球在斜槽上釋放的位置與其他幾次相比偏低，導(dǎo)致其做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度偏小。(3)由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，可得h＝0.20m＝eq\f(1,2)gt2，x＝0.20m＝v0t，聯(lián)立解得v0＝1m/s。3．(2024·北京師大附中月考)某同學(xué)用圖甲和圖乙兩個(gè)裝置來探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。(1)該同學(xué)用如圖甲所示的裝置來探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，同時(shí)B球被釋放，自由下落，A、B兩球同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)。下列說法中正確的是________。A．兩球的體積、材料和質(zhì)量可以任意選擇，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響B(tài)．改變小錘擊打的力度，可以改變A球在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間C．如果兩球總是同時(shí)落地，則可以驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)D．通過該實(shí)驗(yàn)裝置也能研究平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(2)為繼續(xù)探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，該同學(xué)用如圖乙所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。在下面的步驟中填入正確的操作。①按圖乙安裝好器材，注意斜槽末端________，確定斜槽末端鋼球球心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用________確定豎直線。②讓鋼球沿斜槽軌道滾下后從末端飛出，落在水平擋板上。由于擋板靠近木板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，讓鋼球多次從________位置上滾下，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。③取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫出平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡，如圖丙所示。(3)在軌跡上取A、B、C三點(diǎn)，根據(jù)豎直方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，若OA1∶OB1∶OC1＝________，表示相鄰兩點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔相同。在此基礎(chǔ)上，滿足________________條件時(shí)，可說明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。答案(1)C(2)①水平重垂線②同一(3)1∶4∶9OA2＝A2B2＝B2C2解析(1)兩球的體積、材料和質(zhì)量的選擇不同，受到阻力大小不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，故A錯(cuò)誤；改變小錘擊打的力度，可以改變A球的水平初速度大小，不能改變A球在空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間，故B錯(cuò)誤；小錘打擊彈性金屬片，A球水平拋出，同時(shí)B球被松開自由下落，兩球同時(shí)落地，可知平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，不能得出水平方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故C正確，D錯(cuò)誤。(2)①按題圖乙安裝好器材，注意斜槽末端切線水平，確定斜槽末端鋼球球心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，利用重垂線確定豎直線。②讓鋼球沿斜槽軌道滾下后從末端飛出，落在水平擋板上。由于擋板靠近木板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，讓鋼球多次從同一位置上滾下，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。(3)小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，則OA1∶A1B1∶B1C1＝1∶3∶5，即OA1∶OB1∶OC1＝1∶4∶9，表示相鄰兩點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔相同。在此基礎(chǔ)上，滿足OA2＝A2B2＝B2C2，可說明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。4.如圖甲所示，有人對(duì)“利用頻閃照相研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律”裝置進(jìn)行了改進(jìn)，在裝置兩側(cè)都裝上完全相同的斜槽，但位置有一定高度差，白色與黑色的兩個(gè)相同的小球A、B都由斜槽某位置由靜止開始釋放。實(shí)驗(yàn)后對(duì)照片做一定處理并建立直角坐標(biāo)系，得到如圖乙所示的部分小球位置示意圖，取g＝10m/s2。(1)根據(jù)部分小球位置示意圖，關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置和操作步驟，下列說法正確的是________。A．兩斜槽末端切線水平B．兩斜槽必須光滑C．兩小球必須同時(shí)釋放D．兩小球是從兩斜槽相同位置靜止釋放的(2)根據(jù)部分小球位置示意圖，可知閃光頻率為________Hz，A球拋出點(diǎn)坐標(biāo)為________，B球拋出點(diǎn)坐標(biāo)為________。(3)若兩球在實(shí)驗(yàn)中于圖中C位置發(fā)生碰撞，則可知兩小球釋放的時(shí)間差約為________s。答案(1)AD(2)10(0,0)(1.10m,0.35m)(3)0.1解析(1)兩斜槽末端切線水平，以保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；兩斜槽不一定必須光滑，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可知，兩小球不可能同時(shí)釋放，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；兩小球在相同時(shí)間內(nèi)的水平位移都相等，則做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度是相同的，則兩球是從兩斜槽相同位置靜止釋放的，選項(xiàng)D正確。(2)根據(jù)白色小球位置示意圖得T＝eq\r(\f(Δy,g))＝eq\r(\f(2×0.05,10))s＝0.1s，可知閃光頻率為f＝eq\f(1,T)＝10Hz。對(duì)白球，因豎直方向相鄰相等時(shí)間的位移之比為1∶3∶5，可知