4.5實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（講）（原卷版）

第四章拋體運(yùn)動(dòng)與圓周運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.實(shí)驗(yàn)思路用描跡法逐點(diǎn)畫(huà)出小鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)器材末端水平的斜槽、背板、擋板、復(fù)寫(xiě)紙、白紙、鋼球、刻度尺、鉛垂線、三角板、鉛筆等。3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程（1）安裝、調(diào)整背板：將白紙放在復(fù)寫(xiě)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(diào)整斜槽：將固定有斜槽的木板放在實(shí)驗(yàn)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(diào)水平，如圖。（3）描繪運(yùn)動(dòng)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(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)，小球落到傾斜的擋板上，會(huì)擠壓復(fù)寫(xiě)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(lái)，就得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。（4）確定坐標(biāo)原點(diǎn)及坐標(biāo)軸：選定斜槽末端處小球球心在白紙上的投影的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，從坐標(biāo)原點(diǎn)O畫(huà)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(yùn)動(dòng)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(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、…，把線段OA1的長(zhǎng)度記為l，則OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3、…向下作垂線，與軌跡交點(diǎn)分別記為M1、M2、M3、…，若軌跡是一條拋物線，則各點(diǎn)的y坐標(biāo)和x坐標(biāo)之間應(yīng)該滿足關(guān)系式y(tǒng)＝ax2（a是待定常量），用刻度尺測(cè)量某點(diǎn)的x、y兩個(gè)坐標(biāo)值代入y＝ax2求出a，再測(cè)量其他幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值，代入y＝ax2，若在誤差范圍內(nèi)都滿足這個(gè)關(guān)系式，則這條曲線是一條拋物線。（2）計(jì)算平拋物體的初速度情景1：若原點(diǎn)O為拋出點(diǎn)，利用公式x＝v0t和y＝gt2，即可求出多個(gè)初速度v0＝x，最后求出初速度的平均值，這就是做平拋運(yùn)動(dòng)的物體的初速度。情景2：若原點(diǎn)O不是拋出點(diǎn)，①在軌跡曲線上取三點(diǎn)A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示。A到B與B到C的時(shí)間相等，設(shè)為T(mén)。②用刻度尺分別測(cè)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(xiàng)（1）固定斜槽時(shí)，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(yùn)動(dòng)就不是平拋運(yùn)動(dòng)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(shí)的速度相等。（3）坐標(biāo)原點(diǎn)（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)，球的球心在背板上的水平投影點(diǎn)?？键c(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中（1）用圖1裝置進(jìn)行探究，下列說(shuō)法正確的是________。A.只能探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B.需改變小錘擊打的力度，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)C.能同時(shí)探究平拋運(yùn)動(dòng)水平、豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（2）用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)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(diào)節(jié)擋板N時(shí)必須每次等間距移動(dòng)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)，豎直擋板上附有復(fù)寫(xiě)紙和白紙，可以記下鋼球撞擊擋板時(shí)的點(diǎn)跡。實(shí)驗(yàn)時(shí)豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端，鋼球從斜槽上P點(diǎn)靜止?jié)L下，撞擊擋板留下點(diǎn)跡0，將擋板依次水平向右移動(dòng)x，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，擋板上留下點(diǎn)跡1、2、3、4。以點(diǎn)跡0為坐標(biāo)原點(diǎn)，豎直向下建立坐標(biāo)軸y，各點(diǎn)跡坐標(biāo)值分別為y1、y2、y3、y4。測(cè)得鋼球直徑為d，則鋼球平拋初速度v0為_(kāi)_______。A.B.C.D.2.用如圖甲所示裝置研究平拋運(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)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）下列實(shí)驗(yàn)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(wú)初速度釋放鋼球（2）為定量研究，建立以水平方向?yàn)檩S、豎直方向?yàn)檩S的坐標(biāo)系；a．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”或者“球心”）對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)；在確定..軸時(shí)_______（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(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，測(cè)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_(kāi)______（已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?，結(jié)果用上述字母表示）。（3）為了得到平拋物體運(yùn)動(dòng)軌跡，同學(xué)們提出了以下三種方案，其中可行的是_______；A．從細(xì)管水平噴出穩(wěn)定的細(xì)水柱，拍攝照片，即可得到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡B．用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時(shí)刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運(yùn)動(dòng)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(huì)在白紙上留下筆尖的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡（4）伽利略曾研究過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)，他推斷：從同一炮臺(tái)水平發(fā)射的炮彈，如果不受空氣阻力，不論它們能射多遠(yuǎn)，在空中飛行的時(shí)間都一樣。這實(shí)際上揭示了平拋物體_______。A．在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)C．在下落過(guò)程中機(jī)械能守恒考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新1.利用光電門(mén)傳感器和碰撞傳感器可測(cè)得小球的水平初速度和飛行時(shí)間。2.底板上的標(biāo)尺可以測(cè)得水平位移。1.用頻閃儀膠片記錄物體在幾個(gè)閃光時(shí)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(biāo)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(yùn)動(dòng)時(shí)間，根據(jù)找落點(diǎn)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(xué)興趣小組要驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖甲所示，用輕質(zhì)細(xì)線拴接一小球，在懸點(diǎn)O正下方有水平放置的熾熱的電熱絲P，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時(shí)能輕易被燒斷；為水平木板，已知懸線長(zhǎng)為L(zhǎng)，懸點(diǎn)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(diǎn)，。（2）圖乙是以豎直方格板為背景通過(guò)頻閃照相得到的照片，每個(gè)格的邊長(zhǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，記錄了小球在運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置，如圖所示，則該頻閃照相的周期為_(kāi)____s，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為_(kāi)____；（）。（3）在其他條件不變的情況下，若改變釋放小球時(shí)懸線與豎直方向的夾角，小球落點(diǎn)與點(diǎn)的水平距離x將隨之改變，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，以為縱坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)，得到如圖丙所示圖象，則當(dāng)時(shí)，x為_(kāi)____m（答案可帶根號(hào)）。4.某實(shí)驗(yàn)小組利用圖1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)，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、、，示意如圖2。重力加速度，鋼球平拋的初速度為_(kāi)_______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(shí)驗(yàn)小組利用圖（a）所示裝置驗(yàn)證小球平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將斜槽固定在貼有復(fù)寫(xiě)紙和白紙的木板邊緣，調(diào)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(shí)球心在木板上的水平投影點(diǎn)O，建立坐標(biāo)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(diào)節(jié)擋板進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)量各印跡中心點(diǎn)、、的坐標(biāo)，并填入表格中，計(jì)算對(duì)應(yīng)的值。1320（1）根據(jù)上表數(shù)據(jù)，在圖（b）給出的坐標(biāo)紙上補(bǔ)上數(shù)據(jù)點(diǎn)，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(guān)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(yùn)動(dòng)的初速度表達(dá)式為_(kāi)___________（用斜率k和重力加速度g表示）。（4）該實(shí)驗(yàn)得到的圖線常不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，可能的原因是________________________。（2017·浙江·高考真題）6.在研究“平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，(1)圖1是橫擋條，卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端時(shí)的_______．A.球心B.球的上端C.球的下端在此實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是________．A.斜槽軌道必須光滑B.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C.用光滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來(lái)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(yùn)動(dòng)的頻閃照片，由照片可以判斷實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤的是____．A.釋放小球時(shí)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(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其中正確的是_______．（2018·全國(guó)·高考真題）7.甲、乙兩同學(xué)通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量人的反應(yīng)時(shí)間．實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）甲用兩個(gè)手指輕輕捏住量程為L(zhǎng)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(zhǔn)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L(zhǎng)1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時(shí)間為_(kāi)_______（用L、L1和g表示）．（3）已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間=9.80m/s2，L=30.0cm，L1=10.4cm，乙的反應(yīng)時(shí)間為_(kāi)_________s．（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）（4）寫(xiě)出一條提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確程度的建議：___________．（2021·全國(guó)乙卷·22）8.某同學(xué)利用圖（a）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，頻閃儀每隔發(fā)出一次閃光，某次拍攝后