第四章 曲線運(yùn)動 第24課時(shí)　探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)　實(shí)驗(yàn)增分課學(xué)生用

第24課時(shí)探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)[實(shí)驗(yàn)增分課]裝置原理操作要領(lǐng)數(shù)據(jù)處理誤差分析（1）使小球做平拋運(yùn)動，利用描跡法描繪小球的運(yùn)動軌跡。（2）建立坐標(biāo)系，測出軌跡曲線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y，由公式x＝v0t和y＝12gt2，可得v0＝x（1）安裝、調(diào)整木板：用重垂線檢查木板是否豎直。（2）安裝、調(diào)整斜槽：用平衡法檢查斜槽末端是否水平。（3）描繪運(yùn)動軌跡：用平滑的曲線連接得到小球做平拋運(yùn)動的軌跡。（4）確定坐標(biāo)原點(diǎn)及坐標(biāo)軸（1）若原點(diǎn)O為拋出點(diǎn)：利用v0＝xg2y（2）若原點(diǎn)O不是拋出點(diǎn)：在曲線上取A、B、C三點(diǎn)，使xAB＝xBC＝x，則相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔T內(nèi)豎直方向ΔyB＝gT2，水平方向v0T＝x，解得v0＝xg（1）斜槽末端沒有調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，導(dǎo)致平拋運(yùn)動初速度未沿水平方向。（2）坐標(biāo)原點(diǎn)不夠精確。（3）空氣阻力的存在，使小球的徑跡不是真正的平拋運(yùn)動軌跡【典例1】用如圖1所示裝置研究平拋運(yùn)動。將白紙和復(fù)寫紙對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)面會在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動擋板，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由靜止釋放鋼球（2）為定量研究，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”）對應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)。（3）如圖2所示是甲同學(xué)在某次實(shí)驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)，其中坐標(biāo)原點(diǎn)為拋出點(diǎn)，g取10m/s2，則此小球作平拋運(yùn)動的初速度大小為m/s。（4）乙同學(xué)想用下述方法探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)。他從實(shí)驗(yàn)得到的平拋小球的運(yùn)動軌跡上取出一些點(diǎn)，以平拋起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，測量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，描繪y-x2圖像。該同學(xué)認(rèn)為若圖像是一條過原點(diǎn)的直線（如圖3所示），則可說明平拋運(yùn)動在水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動、豎直方向?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動，請你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確：。難點(diǎn)助攻第（1）問中斜槽末端切線水平，保證小球做平拋運(yùn)動；每次從斜槽上相同的位置由靜止釋放鋼球，保證小球每次做平拋運(yùn)動的初速度相同。第（2）問中在運(yùn)動過程中記錄小球的位置是與小球球心等效的白紙上的痕跡點(diǎn)，因此小球平拋運(yùn)動的起點(diǎn)應(yīng)為鋼球在斜槽末端時(shí)，球心對應(yīng)白紙上的位置，而不是槽的末端。第（3）問中，若坐標(biāo)原點(diǎn)為平拋運(yùn)動起點(diǎn)，可用x＝v0t，y＝12gt2得v0＝xg2y。若坐標(biāo)原點(diǎn)不是平拋運(yùn)動起點(diǎn)，則可用Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2，v0＝xt，易錯排查（1）斜槽軌道光滑與否，只是影響同位置釋放時(shí)，小球平拋運(yùn)動的初速度大小，但不影響鋼球平拋運(yùn)動規(guī)律的研究過程。如第（1）問的A選項(xiàng)。（2）y-x2圖像為過原點(diǎn)的直線時(shí)，只能說明小球在豎直方向做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，不一定為自由落體運(yùn)動。聽課記錄（2021·全國乙卷22題）某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運(yùn)動的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對做平拋運(yùn)動的小球進(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（b）所示（圖中未包括小球剛離開軌道的影像）。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)方格的邊長為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖（b）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)動到圖（b）中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為m/s，豎直分量大小為m/s；（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮閙/s2。【典例2】小明學(xué)完平拋運(yùn)動后，嘗試?yán)闷綊佭\(yùn)動的知識測量家里的彈射器射出彈丸的速度。小明準(zhǔn)備了白紙、米尺、復(fù)寫紙、支架等材料。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將白紙和復(fù)寫紙固定在墻上，并用支架將彈射器固定好，裝置如圖甲所示。接著壓縮彈射器朝墻壁發(fā)射彈丸，彈丸通過碰撞復(fù)寫紙，在白紙上留下落點(diǎn)位置。隨后將彈射器沿垂直于墻面方向遠(yuǎn)離墻壁移動，每次移動的距離為0.2m。通過幾次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，挑了一張有4個(gè)連續(xù)落點(diǎn)痕跡的白紙，如圖乙所示。已知重力加速度g＝10m/s2。（1）下列實(shí)驗(yàn)步驟必要的是。A.在安裝時(shí)，必須確保彈射器水平放置B.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用體積小、密度大的彈丸C.每次必須將彈簧壓縮至相同位置釋放彈丸D.第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要測量彈射器開口到墻壁的距離（2）根據(jù)測量的數(shù)據(jù)，可知彈丸離開彈射器的速度大小為m/s，彈丸打到C點(diǎn)時(shí)的速度大小為m/s。（所有計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）3步穩(wěn)解題①實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?？測量彈射器射出彈丸的速度。②實(shí)驗(yàn)原理是什么？豎直方向做自由落體運(yùn)動，可用Δy＝gT2求出T，再根據(jù)水平方向做勻速直線運(yùn)動，由v0＝xT求出初速度v0③怎樣處理數(shù)據(jù)？彈丸打C點(diǎn)時(shí)的速度vC＝v02＋vCy2，而聽課記錄1.某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證向心力公式和平拋運(yùn)動水平分運(yùn)動為勻速運(yùn)動。將四分之一圓弧固定在桌面上，圓弧底下安裝一個(gè)壓力傳感器，光電門固定在底端正上方。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①讓小球靜止在圓弧底端，靜止時(shí)，傳感器示數(shù)為F0；②讓小球從圓弧某一位置靜止釋放，記錄通過光電門的時(shí)間t，壓力傳感器示數(shù)F和落點(diǎn)與圓弧底端的水平位移x；③改變釋放位置，重復(fù)（2）的步驟。請回答以下問題：（1）為完成實(shí)驗(yàn)，關(guān)于該實(shí)驗(yàn)裝置及相關(guān)測量，下列說法正確的是；A.圓弧要保持光滑B.小球要選擇體積小、密度大的C.要測量小球到地面的豎直高度D.要測量小球的質(zhì)量（2）用游標(biāo)卡尺測量小球直徑d，如圖所示，則小球直徑為mm；（3）以（填“F”或“F－F0”）為縱軸，1t2為橫軸作圖像，若圖像，（4）作x-y圖像，若圖像成正比，則說明平拋運(yùn)動水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動，其中y應(yīng)該為填“（5）甲、乙兩位同學(xué)以不同的桌面高度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別得到如圖所示的a、b兩圖線，其中甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)的桌面高度比乙同學(xué)的（填“高”或“低”）。2.某物理小組利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究平拋運(yùn)動規(guī)律。在斜槽軌道的末端安裝一個(gè)光電門，調(diào)節(jié)激光束與實(shí)驗(yàn)所用小鋼球的球心等高，斜槽末端切線水平，又分別在該裝置正上方A處和右側(cè)正前方B處安裝頻閃攝像頭進(jìn)行拍攝，鋼球從斜槽上的固定位置無初速度釋放，通過光電門后拋出，測得鋼球通過光電門的平均時(shí)間為2.10ms，得到的頻閃照片如圖丙所示，O為拋出點(diǎn)，P為運(yùn)動軌跡上某點(diǎn)，g取10m/s2。（1）用50分度游標(biāo)卡尺測得鋼球直徑如圖乙所示，則鋼球直徑d＝mm，由此可知鋼球通過光電門的速度v＝m/s（此空結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。（2）在圖丙中，B處攝像頭所拍攝的頻閃照片為[選填“（