江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第4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

江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第4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)案江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第4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PAGE18-江蘇專用2022版高考物理一輪復(fù)習(xí)第4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)案實(shí)驗(yàn)五探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1）用實(shí)驗(yàn)的方法描繪平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定平拋物體的初速度。2．實(shí)驗(yàn)原理平拋運(yùn)動(dòng)可看作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)的合成，則x＝v0t,y＝eq\f(1,2）gt2。令小球做平拋運(yùn)動(dòng),利用追蹤法逐點(diǎn)描出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡，建立坐標(biāo)系，測(cè)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(shí)驗(yàn)器材斜槽、坐標(biāo)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(shí)驗(yàn)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(shí)的球心位置投影到白紙上，描出點(diǎn)O。（4）讓小球每次都從斜槽上同一適當(dāng)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(guò)卡片上的小孔時(shí)，用鉛筆做上記號(hào)。（5)把白紙從木板上取下來(lái),再將上面依次記下的一個(gè)個(gè)點(diǎn)連成光滑曲線,這樣就描繪出了平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡。5．?dāng)?shù)據(jù)處理（1）以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn),水平方向?yàn)閤軸，豎直向下方向?yàn)閥軸建立坐標(biāo)系。（2)在小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上選取A、B、C、D、E五個(gè)點(diǎn)，測(cè)出它們的x、y坐標(biāo)值,記到表格內(nèi)。(3）把測(cè)到的坐標(biāo)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(jì)算其平均值。6．注意事項(xiàng)(1）保證斜槽末端點(diǎn)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(yùn)動(dòng)時(shí)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(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球在槽口時(shí)，球的重心在木板上的水平投影點(diǎn).（4)小球在斜槽上開始滾下的位置要適當(dāng)，以便使小球運(yùn)動(dòng)的軌跡由木板的左上角到右下角。(5)要選取距O點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)來(lái)計(jì)算小球的初速度，這樣可減小誤差.實(shí)驗(yàn)原理與操作1．安裝實(shí)驗(yàn)裝置的過(guò)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(shí),初速度水平.2．建立坐標(biāo)系時(shí),以斜槽末端端口位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，實(shí)際上應(yīng)以球的球心在圖板上的水平投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn).3．在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)"實(shí)驗(yàn)中斜槽軌道不一定需要光滑，但小球每次應(yīng)從斜槽上同一高度釋放。［題組訓(xùn)練]1．以下是做研究平拋物體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的步驟：A．將斜槽固定于實(shí)驗(yàn)桌上。B．將坐標(biāo)紙固定于木板上，并使木板面豎直且與小球運(yùn)動(dòng)軌跡平行和靠近,在坐標(biāo)紙上記下過(guò)槽口的豎直線作為y軸，并作出小球在槽口時(shí)在坐標(biāo)紙上的水平投影點(diǎn)作為原點(diǎn)。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(yùn)動(dòng)，先用眼睛粗略地確定小球經(jīng)過(guò)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(zhǔn)確地確定小球通過(guò)的位置并在坐標(biāo)紙上記下來(lái)。依次改變x的值，同樣確定出多個(gè)點(diǎn)的位置.D．取下坐標(biāo)紙，作出x軸，然后將記錄的各相鄰點(diǎn)用直線連接起來(lái)，得到軌跡。E．在軌跡上取一點(diǎn)，用尺測(cè)出x和y的值，求出初速度。在以上步驟中有三處錯(cuò)誤或不足，請(qǐng)指出并改正過(guò)來(lái)。（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(yùn)動(dòng)，滿足平拋運(yùn)動(dòng)的條件.（2）步驟D．應(yīng)該用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來(lái),因?yàn)槠綊佭\(yùn)動(dòng)的軌跡是一條曲線，而非直線。(3）步驟E。要多取幾個(gè)點(diǎn)，分別計(jì)算初速度，然后取平均值作為測(cè)量結(jié)果.[答案]見解析2．做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)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(guò)的位置，然后得到運(yùn)動(dòng)軌跡。(1）實(shí)驗(yàn)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(lái)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(hào))A．刻度尺B．秒表C．天平D．彈簧測(cè)力計(jì)E．重錘線（2)實(shí)驗(yàn)中為減小實(shí)驗(yàn)誤差，下列做法正確的是______。(填字母序號(hào))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(shí)驗(yàn)不需要測(cè)小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間、小球質(zhì)量,不需要測(cè)力，所以不需要秒表、天平、彈簧測(cè)力計(jì)，該實(shí)險(xiǎn)要測(cè)運(yùn)動(dòng)位移,要判斷豎直坐標(biāo)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(yùn)動(dòng)時(shí)，要保證小球離開端口時(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)是否是拋出點(diǎn)的方法：（1)如圖所示，在軌跡上取A、B、C三點(diǎn)，使A、B、C三點(diǎn)的水平坐標(biāo)滿足xOA＝xAB＝xBC，則說(shuō)明從O到A、A到B、B到C的時(shí)間相等,過(guò)A、B、C三點(diǎn)作水平線和y軸相交，得出A、B、C三點(diǎn)的縱坐標(biāo)值yA、yB、yC.(2)如果有yA∶yB∶yC＝1∶4∶9或yOA∶yAB∶yBC＝1∶3∶5，則說(shuō)明O點(diǎn)為平拋運(yùn)動(dòng)的初始點(diǎn)；若不滿足上述比例關(guān)系，則說(shuō)明O點(diǎn)不是平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。［題組訓(xùn)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(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)，如圖2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。圖1圖2（1)為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差盡可能小，下列說(shuō)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(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2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)，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(diǎn)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(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)必須滿足每次從斜槽上相同的位置無(wú)初速度釋放鋼球，這樣是為了到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)鋼球能獲得同樣的平拋運(yùn)動(dòng)的水平初速度，與斜面是否光滑沒(méi)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?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(yùn)動(dòng)，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)，要取小球剛開始做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的重心位置為坐標(biāo)原點(diǎn),即球心離開軌道處作為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn),故D錯(cuò)誤.(2)在圖2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),小球在斜槽上釋放的位置與其它幾次相比偏低，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)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(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，通過(guò)描點(diǎn)畫出平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡。甲（1)以下是實(shí)驗(yàn)過(guò)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(yīng)從同一高度由靜止釋放d．為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,描繪的點(diǎn)可以用折線連接(2)實(shí)驗(yàn)得到平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，在軌跡上取一些點(diǎn)，以平拋起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),測(cè)量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，圖乙中y.x2圖象能說(shuō)明平拋小球運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的是________。abcd乙(3）圖丙是某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出的平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，O為平拋的起點(diǎn)，在軌跡上任取兩點(diǎn)A、B，測(cè)得A、B兩點(diǎn)縱坐標(biāo)y1＝5。0cm，y2＝45.0cm,A、B兩點(diǎn)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(shí)，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(yùn)動(dòng)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(cuò)誤,c正確；為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,描繪的點(diǎn)要用平滑曲線連接，故d錯(cuò)誤。（2）根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)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(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，因此，題圖乙中y-x2圖象能說(shuō)明平拋小球運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)"的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪平拋物體運(yùn)動(dòng)軌跡和求物體的平拋初速度。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)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(diǎn)和過(guò)O點(diǎn)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(guò)卡片孔的一系列位置C．取下白紙,以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫平拋軌跡D．測(cè)出曲線上某點(diǎn)的坐標(biāo)x、y，算出該小球的平拋初速度，實(shí)驗(yàn)需要對(duì)多個(gè)點(diǎn)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(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,用一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長(zhǎng)L＝2。5cm。若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計(jì)算式為v0＝________(用L、g表示)，其值是________（取g＝10m/s2），小球在c點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新獲得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡1．徑跡法2．照相法：用頻閃照相機(jī)得到物體運(yùn)動(dòng)的軌跡.3．描跡法［題組訓(xùn)練]1．某同學(xué)利用數(shù)碼照相機(jī)的連續(xù)拍攝功能來(lái)研究平拋運(yùn)動(dòng)。一小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，照相機(jī)拍得的其中三張連續(xù)照片如圖所示，A、B、C三點(diǎn)分別為小球在三張照片上的位置，圖中背景方格的邊長(zhǎng)均為5cm，g取10m/s2，則:（1）拍攝相鄰兩張照片的時(shí)間間隔為________s。(2）小球運(yùn)動(dòng)的水平分速度為________m/s。（3)小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為________m/s。（4）在探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，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(yùn)動(dòng)，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是否同時(shí)落地B．選用裝置2時(shí)，要獲得穩(wěn)定的細(xì)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(shí)，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(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)，應(yīng)該用聽聲音的方法判斷小球是否同時(shí)落地，故A錯(cuò)誤;裝置圖2中A管內(nèi)與大氣相通，為外界大氣壓強(qiáng)，A管在水面下保證A管上出口處的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，因而另一出水管的上端口處壓強(qiáng)與A管上出口處的壓強(qiáng)有恒定的壓強(qiáng)差，保證另一出水管出水壓強(qiáng)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(qiáng)，因而隨水面下降，出水管上口壓強(qiáng)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(cuò)誤。[答案]（1)0.1（2)1.5(3）2。0(4）B2．三個(gè)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(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)：甲乙丙（1)甲同學(xué)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(shí)B球被松開，自由下落,觀察到兩球同時(shí)落地，改變小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地,這說(shuō)明_______________________________.(2）乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置。兩個(gè)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(shí)分別從軌道M、N的下端射出。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(shuō)明_