2025屆新教材高考物理一輪復(fù)習(xí)第四章曲線運(yùn)動(dòng)萬(wàn)有引力與航天實(shí)驗(yàn)5探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)學(xué)案新人教版

PAGE8-試驗(yàn)5探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)必備學(xué)問(wèn)預(yù)案自診一、試驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用試驗(yàn)的方法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。2.駕馭描跡法、頻閃照相法等探究試驗(yàn)的常用方法。3.能設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)方案,并對(duì)方案進(jìn)行可行性論證,依據(jù)學(xué)?，F(xiàn)有條件,選擇最優(yōu)方案。4.能獲得信息,通過(guò)數(shù)據(jù)分析描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。二、試驗(yàn)思路1.提出問(wèn)題平拋運(yùn)動(dòng)是曲線運(yùn)動(dòng),速度和位移的大小和方向時(shí)刻在發(fā)生改變。這個(gè)困難的曲線運(yùn)動(dòng)有什么規(guī)律呢?能否分解為兩個(gè)簡(jiǎn)潔的直線運(yùn)動(dòng)?2.科學(xué)猜想由于物體是沿水平方向拋出的,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只受重力作用。因此平拋運(yùn)動(dòng)可能是水平方向和豎直方向分運(yùn)動(dòng)的合成。那么只要探討出這兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律就清晰了。三、進(jìn)行試驗(yàn)方案一:利用頻閃照相法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)數(shù)碼相機(jī)每秒拍下小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的十幾幀或幾十幀照片,將照片上不同時(shí)刻的小球的位置連成平滑曲線,便得到小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔相等,只要測(cè)出相鄰兩幀照片上小球位置間的水平距離和豎直距離,就很簡(jiǎn)潔推斷平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。1.數(shù)據(jù)處理(1)建立以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),以小球水平拋出時(shí)的初速度方向?yàn)閤軸正方向,以豎直向下為y軸正方向的直角坐標(biāo)系。(2)測(cè)出相鄰兩幀照片中小球移動(dòng)的水平距離和豎直距離。(3)依據(jù)水平位移和豎直位移隨時(shí)間改變的詳細(xì)數(shù)據(jù)分析小球水平方向分運(yùn)動(dòng)和豎直方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。2.結(jié)果分析水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。方案二:利用描跡法探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.試驗(yàn)器材小鋼球、斜槽軌道、木板及豎直固定支架、坐標(biāo)紙、圖釘、重錘、鉛筆、三角板、刻度尺等。2.試驗(yàn)步驟試驗(yàn)裝置如圖所示。斜槽M末端水平。鋼球在斜槽中從某一高度滾下,從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。在裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)整的傾斜擋板N,鋼球飛出后,落到擋板上。試驗(yàn)前,先將一張白紙和復(fù)寫(xiě)紙固定在裝置的背板上。鋼球落到傾斜的擋板上后,就會(huì)擠壓復(fù)寫(xiě)紙,在白紙上留下印跡。上下調(diào)整擋板N,通過(guò)多次試驗(yàn),在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過(guò)的多個(gè)位置。最終,用平滑曲線把這些印跡連接起來(lái),就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。3.留意事項(xiàng)(1)應(yīng)保持斜槽末端的切線水平,釘有坐標(biāo)紙的木板豎直,并使小鋼球運(yùn)動(dòng)時(shí)靠近坐標(biāo)紙但不接觸。(2)小鋼球每次必需從斜槽上同一位置無(wú)初速度滾下,在斜槽上釋放小鋼球的高度應(yīng)適當(dāng),使小鋼球以合適的水平初速度拋出,其軌跡在坐標(biāo)紙的左上角到右下角間分布,從而減小測(cè)量誤差。(3)坐標(biāo)原點(diǎn)(小鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn))不是槽口的端點(diǎn),應(yīng)是小鋼球在槽口時(shí)球心在坐標(biāo)紙上的水平投影點(diǎn)。方案三:用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡見(jiàn)新教材人教版必修其次冊(cè)P12拓展學(xué)習(xí)。關(guān)鍵實(shí)力學(xué)案突破考點(diǎn)一教材原型試驗(yàn)甲【典例1】(2024安徽阜陽(yáng)高三月考)用如圖甲所示裝置探討平拋運(yùn)動(dòng),將白紙和復(fù)寫(xiě)紙對(duì)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(diǎn)水平飛出,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)。移動(dòng)擋板,重新釋放鋼球,如此重復(fù),白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。(1)(多選)下列試驗(yàn)條件必需滿意的有;

A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末段水平C.擋板高度等間距改變D.每次從斜槽上相同的位置無(wú)初速度釋放鋼球(2)為定量探討,建立以水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。取平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),將鋼球靜置于Q點(diǎn),鋼球的(選填“最上端”“最下端”或“球心”)對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn);

若遺漏記錄平拋軌跡的起始點(diǎn),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(diǎn),AB和BC的水平間距相等且均為x,測(cè)得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2,則y1y2

13(選填“>”“=”或“<”),可求得鋼球平拋的初速度大小為乙考點(diǎn)二試驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新【典例2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究平拋運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置示意圖如圖所示,A是一塊平面木板,在其上等間隔地開(kāi)鑿出一組平行的插槽(圖中P0P0'、P1P1'…),槽間距離均為d。把覆蓋復(fù)寫(xiě)紙的白紙鋪貼在硬板B上。試驗(yàn)時(shí)依次將B板插入A板的各插槽中,每次讓小球從斜軌的同一位置由靜止釋放。每打完一點(diǎn)后,把B板插入后一槽中并同時(shí)向內(nèi)側(cè)平移距離d。試驗(yàn)得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn),如圖所示。(1)試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)整,直到斜槽。每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了。

(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d,是為了。

(3)在圖中繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。對(duì)應(yīng)演練遷移應(yīng)用1.(2024湖北咸寧月考)(1)平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn):①水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng);②豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)。如圖所示為探討平拋運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)裝置,現(xiàn)把兩個(gè)小鐵球分別吸在電磁鐵C、E上,然后切斷電磁鐵C的電源,使電磁鐵C上的小鐵球從軌道A射出,并在射出時(shí)遇到碰撞開(kāi)關(guān)S,使電磁鐵E斷電釋放它吸著的小鐵球,兩鐵球同時(shí)落到地面。這個(gè)試驗(yàn)。

A.只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第①條B.只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第②條C.不能說(shuō)明上述規(guī)律中的任何一條D.能同時(shí)說(shuō)明上述兩條規(guī)律(2)如圖所示為一小球做平拋運(yùn)動(dòng)的閃光照相照片的一部分,圖中背景方格的邊長(zhǎng)均為5cm。假如g取10m/s2,那么:閃光頻率是;小球運(yùn)動(dòng)中水平分速度是;小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度是。

2.(2024四川彭州月考)圖甲是“探討平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的試驗(yàn)裝置圖。(1)試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)整,直到斜槽末端切線。每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了每次平拋的。

(2)圖乙是正確試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù),其中O為拋出點(diǎn),g取9.8m/s2,則此小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為m/s。

3.(2024黑龍江哈爾濱高二檢測(cè))在做“探討平拋運(yùn)動(dòng)”的試驗(yàn)中,為了確定小球在空中不同時(shí)刻的位置,用了如圖所示的裝置。先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平,在一塊平整的木板表面釘上白紙和復(fù)寫(xiě)紙。將該木板豎直立于水平地面上,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;再將木板遠(yuǎn)離槽口平移距離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;再將木板遠(yuǎn)離槽口平移距離x,使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,再得到痕跡C。若測(cè)得木板每次移動(dòng)距離x=10.00cm,A、B間距離y1=5.00cm,B、C間距離y2=14.80cm。(g取9.80m/s2)(1)每次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放的緣由是:;

(2)依據(jù)以上干脆測(cè)量的物理量來(lái)求得小球初速度的表達(dá)式為v0=;(用題中所給字母表示)

(3)小球初速度的值為v0=m/s。(結(jié)果保留兩位小數(shù))

4.如圖所示,某物理愛(ài)好小組將“探討平拋運(yùn)動(dòng)”的試驗(yàn)裝置改裝后用來(lái)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｔ谲壍赖乃讲糠旨友b光電門(mén),以測(cè)量小球平拋的初速度v0;固定軌道,測(cè)量軌道末端的離地高度,即小球平拋的豎直位移h;測(cè)量小球從軌道的不同位置釋放后平拋的水平位移x,多次計(jì)算小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,求平均值以獲得小球的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t;利用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?1)(多選)關(guān)于試驗(yàn)誤差的以下說(shuō)法中,正確的是;

A.小球和軌道間的摩擦是造成系統(tǒng)誤差的緣由之一B.小球平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的空氣阻力是造成系統(tǒng)誤差的緣由之一C.軌道末端未調(diào)水平是造成偶然誤差的緣由之一D.試驗(yàn)中測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)的讀數(shù)誤差屬于偶然誤差(2)該小組試驗(yàn)中測(cè)得h=0.420m,v0和x的測(cè)量值如下表所示:v0(m/s)0.7411.0341.3181.584x(cm)21.730.338.646.4則得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間=m/s2。(結(jié)果保留兩位小數(shù))

試驗(yàn)5探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)關(guān)鍵實(shí)力·學(xué)案突破典例1答案(1)BD(2)球心>xg解析(1)通過(guò)步驟理解試驗(yàn)原理和方法,限制試驗(yàn)條件,確保平拋的初速度大小肯定、方向水平,只要小球無(wú)初速度等高釋放,由動(dòng)能定理知,到斜槽末端速度大小肯定,和斜槽是否光滑無(wú)關(guān);描出的運(yùn)動(dòng)軌跡和擋板高度是否等間距改變無(wú)關(guān),故選B、D。(2)為了凸顯探討質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)球心,所以選球心為原點(diǎn);由水平間距相等,知時(shí)間相等,若初速度為零,則豎直間距之比應(yīng)當(dāng)是1∶3,而A點(diǎn)不是拋出點(diǎn),故比值應(yīng)大于13,填寫(xiě)“>由x=v0t,y2-y1=gt2,可得v0=xgy典例2答案(1)末端水平保持小球水平拋出的初速度相同(2)保持相鄰痕跡點(diǎn)的水平距離大小相同(3)解析平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)試驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)整,直到斜槽末端水平,每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了保持小球水平拋出的初速度相同。每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d,是為了保持相鄰痕跡點(diǎn)的水平距離大小相同。對(duì)應(yīng)演練·遷移應(yīng)用1.答案(1)B(2)10Hz1.5m/s2.5m/s解析(1)兩球同時(shí)落地,可知平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律相同,該試驗(yàn)不能得出平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。故選B。(2)在豎直方向上有Δh=gT2,其中Δh=(5-3)×5cm=10cm=0.1m,代入求得T=0.110s=0.1s,則f=水平方向勻速運(yùn)動(dòng),有s=v0t,其中s=15cm=0.15m,t=T=0.1s,代入解得v0=0.150.1依據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中,時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該過(guò)程的平均速度,在B點(diǎn)有vBy=hAC2T=0.40.2m/s=2m/s,所以B2.答案(1)水平初速度相同(2)1.6解析(1)為了保證小球的初速度水平,斜槽末端應(yīng)切線水平,每次讓小球從同一位置由靜止釋放,是為了每次平拋的初速度相同。(2)分析題圖乙,O點(diǎn)為拋出點(diǎn),取坐標(biāo)點(diǎn)x=32.0cm=0.32my=19.6cm=0.196m在豎直方向上y=12gt水平方向上x(chóng)=v0t代入數(shù)據(jù)解得小球的初速度v0=1.6m/s3.答案(1)保證小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度相同(2)xgy2-y解析(1)每次從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放小球,是為了使小球離開(kāi)斜槽末端時(shí)有相同的初速度;(2)平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上為勻速直線運(yùn)動(dòng),則小球從A到B和從B到C運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,設(shè)為T(mén);豎直方向由勻變速直線運(yùn)動(dòng)推論有y2-y1=gT2,且v0T=x,解得v0=xgy(3)小球初速度的值為v0=x