第6講　實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

三、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、鉛垂線、小鋼球和刻度尺。四、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，使小鋼球滾下飛出后的軌道平面跟板面平行，如圖所示。3．把小鋼球飛離斜槽末端時(shí)的球心位置投影到白紙上，描出點(diǎn)O。4．讓小鋼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，每次飛行的小鋼球順利地穿過(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)連成平滑曲線，這樣就描繪出了平拋小鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．兩個(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)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，使A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開(kāi)，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(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的末端可看作與光滑的水平板相切，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?，F(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時(shí)以相同的初速度v0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(shuō)明______________________________________________________________________________________________________。解析：(1)通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明兩球運(yùn)動(dòng)具有等時(shí)性，由此說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)；(2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運(yùn)動(dòng)情況相同，說(shuō)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)平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)(2)P球擊中Q球平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)2．(2022·浙江1月選考，節(jié)選)在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，以小鋼球離開(kāi)軌道末端時(shí)球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立水平與豎直坐標(biāo)軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處?kù)o止釋放，使其水平拋出，通過(guò)多次描點(diǎn)可繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)球心的軌跡，如圖所示。在軌跡上取一點(diǎn)A，讀取其坐標(biāo)(x0，y0)。答案：(1)C

(2)D

(3)確保多次運(yùn)動(dòng)的軌跡相同[關(guān)鍵點(diǎn)撥]實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)固定斜槽時(shí)，要保證斜槽末端的切線水平，保證小球的初速度水平。(2)固定木板時(shí)，木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運(yùn)動(dòng)軌跡所在的豎直平面平行，固定時(shí)要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。(3)小球每次從斜槽上的同一位置由靜止釋放，為此，可在斜槽上某一位置固定一個(gè)擋板。(4)要在斜槽上適當(dāng)高度釋放小球，使它以適當(dāng)?shù)乃匠跛俣葤伋?，其軌跡由木板左上角到達(dá)右下角，這樣可以減小測(cè)量誤差。(5)坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)。(6)計(jì)算小球的初速度時(shí)，應(yīng)選距拋出點(diǎn)稍遠(yuǎn)一些的點(diǎn)為宜，以便于測(cè)量和計(jì)算。考查點(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．如圖甲所示是“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖乙是實(shí)驗(yàn)后記錄的數(shù)據(jù)，其中O點(diǎn)為拋出點(diǎn)，則此小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為_(kāi)_________m/s(g取9.8m/s2)。答案：1.64．某同學(xué)利用圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖乙所示(圖中未包括小球剛離開(kāi)軌道的圖像)。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖乙中標(biāo)出。完成下列填空：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)小球運(yùn)動(dòng)到圖乙中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為_(kāi)_______m/s，豎直分量大小為_(kāi)_______m/s；(2)根據(jù)圖乙中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮開(kāi)_____m/s2。答案：(1)1.0

2.0

(2)9.7二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1．某實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示裝置測(cè)定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。把白紙和復(fù)寫(xiě)紙疊放一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個(gè)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(guò)碰撞復(fù)寫(xiě)紙，在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。(1)為了正確完成實(shí)驗(yàn)，以下做法必要的是________。A．實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平B．每次應(yīng)使鋼球從靜止開(kāi)始釋放C．使斜面的底邊ab與桌邊重合D．選擇對(duì)鋼球摩擦力盡可能小的斜面(2)實(shí)驗(yàn)小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m，在白紙上記錄了鋼球的4個(gè)落點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)之間的距離依次為15.0cm、25.0cm、35.0cm，示意如圖乙。重力加速度g取10m/s2，鋼球平拋的初速度為_(kāi)_______m/s。(3)圖甲裝置中，木板上懸掛一條鉛垂線，其作用是______________。答案：(1)AB

(2)2

(3)方便將木板調(diào)整到豎直平面創(chuàng)新角度(二)實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新2．某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示，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(如圖甲中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。實(shí)驗(yàn)時(shí)依次將B板插入A板的各插槽中，每次讓小球從斜軌道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)向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。實(shí)驗(yàn)得到的小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)如圖乙所示。(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到___________________________________________________________________________________________。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)在圖乙中繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。解析：(1)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)的目的：①使斜軌道末端切線水平，以保證小球離開(kāi)軌道時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)；②使A板水平，保證B板總處于同一高度；③使插槽P0P0′垂直斜軌道并在斜軌道末端正下方，以保證B板在P0P0′時(shí)小球的痕跡為拋出點(diǎn)。每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了保證小球每次以相同初速度做平拋運(yùn)動(dòng)。(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了使記錄紙上每?jī)牲c(diǎn)間的水平距離相等。(3)如圖所示。答案：(1)斜軌道末端切線水平、A板水平、插槽P0P0′垂直斜軌道并在斜軌道末端正下方使小球每次做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度都相同(2)使記錄紙上每?jī)牲c(diǎn)之間的水平距離相等(3)見(jiàn)解析圖創(chuàng)新角度(三)數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新3．未來(lái)在一個(gè)未知星球上用如圖甲所示裝置做探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。懸點(diǎn)O正下方P點(diǎn)處有水平放置的熾熱電熱絲，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)對(duì)小球的平拋運(yùn)動(dòng)用頻閃數(shù)碼照相機(jī)連續(xù)拍攝。在有坐標(biāo)紙的背景屏前，拍下了小球做平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的多張照片，經(jīng)合成后，照片如圖乙所示。a、b、c、d為連續(xù)四次拍下的小球位置，已知照相機(jī)連續(xù)拍照的時(shí)間間隔是0.10s，照片大小如圖中坐標(biāo)所示，又知該照片的長(zhǎng)