實(shí)驗(yàn)5　探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)-2025屆高三一輪復(fù)習(xí)物理

實(shí)驗(yàn)5探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P941.基本原理與操作2.數(shù)據(jù)處理方法比較項(xiàng)目圖像拋出點(diǎn)確定方法初速度確定方法軌跡完整(包含拋出點(diǎn))(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)推論確定小鋼球過點(diǎn)A2時(shí)的豎直速度vy和水平速度v0(2)由vy=gt求出拋出點(diǎn)到點(diǎn)A2的時(shí)間(3)最后由x=v0t,y=12gt2求出拋出點(diǎn)到點(diǎn)A2在軌跡上任取一點(diǎn),測(cè)出該點(diǎn)離原點(diǎn)的水平位移x及豎直位移y,就可求出初速度v0因x=v0t,y=12gt2,故v0=x軌跡不完整(不含拋出點(diǎn))(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定經(jīng)過點(diǎn)B時(shí)的豎直速度vy和水平速度v0(2)由vy=gt求出拋出點(diǎn)到點(diǎn)B的時(shí)間(3)求出拋出點(diǎn)到點(diǎn)A的時(shí)間(4)最后由x=v0t,y=12gt2求出拋出點(diǎn)到點(diǎn)B①在軌跡曲線上取三點(diǎn)A、B、C,使xAB=xBC=x0,如圖所示②用刻度尺分別測(cè)出yA、yB、yC,則有yAB=yB-yA,yBC=yC-yB③根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的分運(yùn)動(dòng)為勻速直線運(yùn)動(dòng),可知物體從A到B和從B到C的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等,該時(shí)間用T表示,則有v0T=x0;豎直方向上由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律有yBC-yAB=gT2,解得v0=x0g3.融通實(shí)驗(yàn)方案粵教版新教材實(shí)驗(yàn)裝置如圖[要點(diǎn)解讀](1)可用平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器分別研究平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向的分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。(2)切斷電源,電磁鐵C、D同時(shí)釋放小鋼球,使兩小鋼球以相同的速度沿水平方向射出,同時(shí)碰撞開關(guān)S切斷電磁鐵E的電源,使小鋼球自由下落。(3)控制小鋼球在軌道A、B上的初始位置相對(duì)于各自軌道出口水平線處的高度相同,控制小鋼球在電磁鐵E上的位置與軌道A出口在同一高度。考點(diǎn)一常規(guī)實(shí)驗(yàn)角度1實(shí)驗(yàn)原理與操作(2023年浙江6月卷)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),下列說法正確的是。

A.斜槽軌道PQ必須光滑且其末端水平B.上下調(diào)節(jié)擋板MN時(shí)必須每次等間距移動(dòng)C.小鋼球從斜槽PQ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。

A.xB.xC.3D.4答案(1)B(2)C(3)D解析(1)用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置,只能探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)過程中,需要改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),故B項(xiàng)正確。(2)為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng),需要斜槽末端水平,為了保證小球拋出時(shí)速度相等,每一次小球需要從同一位置靜止?jié)L下,斜槽不需要光滑,A項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;上下調(diào)節(jié)擋板MN時(shí)不必每次等間距移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤。(3)豎直方向有y1=12gt12,水平方向有x-d2=v0t1,聯(lián)立可得v0=x-d2g2y1,A項(xiàng)錯(cuò)誤;豎直方向有Δy=y2-2y1=gt2,水平方向有x=v0t,聯(lián)立可得v0=xgy2-2y1,B項(xiàng)錯(cuò)誤;豎直方向有y4=12gt42,水平方向有1.固定斜槽時(shí),要保證斜槽末端的切線水平,以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),以便于測(cè)量和計(jì)算。角度2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理實(shí)驗(yàn)小組做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn):(1)某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出的平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1所示,O為平拋的起點(diǎn),在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C,測(cè)得A、B兩點(diǎn)豎直坐標(biāo)分別為y1=5.0cm、y2=45.0cm,A、B兩點(diǎn)水平間距Δx=60.0cm,則平拋小球的初速度v0為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字,取g=10m/s2)

(2)該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)忘記描下O點(diǎn),他用一張印有小方格的紙記錄小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,小方格的邊長為L,若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置如圖2中的A、B、C所示(當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以下問題用已知量對(duì)應(yīng)的字母表示),則:①小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)所用的時(shí)間為。

②小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速度的水平分速度為。

③小球經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)速度的豎直分速度為。

答案(1)3.0(2)①22Lg②32解析(1)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法,小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以y1=12gt12、y2=12gt22,水平方向的速度即平拋小球的初速度v0=Δxt2-t(2)①在豎直方向上,根據(jù)Δy=2L=gT2得,T=2Lg,則A到C的時(shí)間t=2T=2②小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速度的水平分速度vx=6L2T③小球在B點(diǎn)時(shí)速度的豎直分速度vyB=8L2T=22gL,則小球在C點(diǎn)時(shí)速度的豎直分速度vyC=vyB考點(diǎn)二創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)角度1器材創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新1.利用頻閃照相儀獲得運(yùn)動(dòng)錄像與軌跡2.利用光電門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,底板上的標(biāo)尺可以測(cè)得水平位移實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新利用改變相同水平距離找落點(diǎn),確定小球在不同水平位置的豎直位置,描出運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新倒置的飲料瓶內(nèi)裝著水,瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開口的細(xì)管,其中一根彎成水平,加上一個(gè)很細(xì)的噴嘴,另一根為直管。直管的作用是保證A處的壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng),使彎管噴出水的速度(平拋初速度)不受瓶內(nèi)液面的影響。水從噴嘴中噴出,在空中形成彎曲的細(xì)水柱,它顯示了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡,將軌跡描在其后的紙上,并進(jìn)行分析處理(2024屆沈陽質(zhì)檢)如圖所示,研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置放置在水平桌面上,利用光電門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,底板上的標(biāo)尺可以測(cè)得水平位移。保持水平槽口距底板高度h=0.420m不變,改變小球在斜槽導(dǎo)軌上下滑的起始位置,測(cè)出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0、飛行時(shí)間t和水平位移d,記錄在表中。(1)由表中數(shù)據(jù)可知,在h一定時(shí),小球水平位移d與其初速度v0成,與無關(guān)。

v0/(m·s-1)0.7411.0341.3181.584t/ms292.7293.0292.8292.9d/cm21.730.338.646.4(2)一位同學(xué)計(jì)算出小球飛行時(shí)間的理論值t理=2?g=2×0.42010s=289.8ms,發(fā)現(xiàn)理論值與測(cè)量值之差約為3ms。經(jīng)檢查,實(shí)驗(yàn)及測(cè)量無誤,(3)另一位同學(xué)分析并糾正了上述偏差后,另做了這個(gè)實(shí)驗(yàn),竟發(fā)現(xiàn)測(cè)量值t'依然大于自己得到的理論值t理',但二者之差在3ms~7ms之間,且初速度越大差值越小。對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的安裝進(jìn)行檢查,確認(rèn)斜槽槽口與底座均水平,則導(dǎo)致偏差的原因是。

答案(1)正比飛行時(shí)間t(2)計(jì)算時(shí)重力加速度取值大于實(shí)際值(3)見解析解析(1)由題表中數(shù)據(jù)可知,h一定時(shí),小球的水平位移d與初速度v0成正比,與時(shí)間t無關(guān)。(2)該同學(xué)計(jì)算時(shí)重力加速度取的是10m/s2,一般情況下應(yīng)取9.8m/s2,從而導(dǎo)致約3ms的偏差。(3)光電門傳感器置于槽口的內(nèi)側(cè),傳感器的中心距水平槽口(小球開始做平拋運(yùn)動(dòng)的位置)還有一段很小的距離,故從小球經(jīng)過傳感器到小球到達(dá)拋出點(diǎn)還有一段很短的時(shí)間,而且速度越大該時(shí)間越短,使測(cè)量值大于理論值。1.實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)新:利用光電門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.實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新:h一定時(shí),由記錄表數(shù)據(jù)分析得出小球的水平位移d與初速度v0成正比。角度2測(cè)取水器的流量(2024屆淄博質(zhì)檢)圖1為某種管口出水方向可調(diào)的瓶裝水電動(dòng)取水器,某實(shí)驗(yàn)小組利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)量該取水器取水時(shí)的流量(單位時(shí)間內(nèi)流出水的體積)。實(shí)驗(yàn)方案如下:(1)利用游標(biāo)卡尺測(cè)量取水器出水管內(nèi)徑d,如圖2所示,應(yīng)利用游標(biāo)卡尺部分進(jìn)行測(cè)量(選填圖2中的字母代號(hào)),讀數(shù)為mm。

(2)調(diào)節(jié)取水器管口方向,使取水器啟動(dòng)后水從管口O點(diǎn)水平射出,如圖3所示。(3)待水在空中形成穩(wěn)定的彎曲水柱后,緊貼水柱后方放置白底方格板(已知每個(gè)正方格的邊長為L),并利用手機(jī)正對(duì)水柱拍攝照片,取水柱上的三個(gè)點(diǎn)a、b、c(如圖3所示)。(4)已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間,根據(jù)圖3可以計(jì)算水從管口O點(diǎn)噴出時(shí)的初速度v=(用L、g進(jìn)行表示)。

(5)由上述信息可計(jì)算得出取水器取水時(shí)的流量Q=(用L、g、d進(jìn)行表示)。

答案(1)A5.5(4)2gL(5)解析(1)利用游標(biāo)卡尺的內(nèi)測(cè)爪A測(cè)量水管內(nèi)徑d,讀數(shù)d=5mm+5×0.1mm=5.5mm。(4)圖3中a、b、c三點(diǎn)間的水平距離均為2L,有2L=v0Δt;在豎直方向有5L-3L=g(Δt)2,可得v0=2gL(5)取水器取水時(shí)的流量Q=πd22v0=見《高效訓(xùn)練》P311.(改編)實(shí)驗(yàn)小組做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn):(1)圖1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),在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C,測(cè)得A、B兩點(diǎn)豎直坐標(biāo)y1=5.0cm、y2=45.0cm,A、B兩點(diǎn)水平間距Δx=60.0cm,則平拋小球的初速度v0為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字,取g=10m/s2)

(2)另一同學(xué)在實(shí)驗(yàn)時(shí)忘記描下O點(diǎn),他用一張印有小方格的紙記錄小球的運(yùn)動(dòng)軌跡,小方格的邊長為L,若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置如圖2中的A、B、C所示,(當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,以下問題用已知量對(duì)應(yīng)的字母表示)則:①小球從A運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間為。

②小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速度的水平分速度為。

③小球在C點(diǎn)時(shí)速度的豎直分速度為。

答案(1)3.0(2)①22Lg③32解析(1)根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的處理方法,小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng),水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),所以y1=12gt12,y2=12gt22,水平方向的速度即小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度,即v0=Δxt2-t(2)①在豎直方向上,根據(jù)Δy=2L=gT2,得T=2Lg,則小球從A運(yùn)動(dòng)到C的時(shí)間t=2T=2②小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)速度的水平分速度vx=6L2T③小球在B點(diǎn)時(shí)速度的豎直分速度vyB=8L2T=22gL,則小球在C點(diǎn)時(shí)速度的豎直分速度vyC=vyB2.(2024屆漢中質(zhì)檢)在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中,為了確定小球在不同時(shí)刻所通過的位置,實(shí)驗(yàn)時(shí)用如圖所示的裝置,先將斜槽軌道的末端調(diào)至水平,在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙,并將該木板豎直立于槽口附近處,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;將木板向遠(yuǎn)離槽口的位置平移距離x,再將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;又將木板再向遠(yuǎn)離槽口的位置平移距離x,第三次將小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放,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=4.78cm,B、C間距離y2=14.58cm。(g=9.80m/s2)(1)根據(jù)以上直接測(cè)量的物理量得小球初速度v0=(用題中所給字母表示)。

(2)小球初速度的測(cè)量值為m/s。(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

答案(1)xgy2-y1(解析(1)豎直木板在水平方向移動(dòng)距離相同,則小球平拋經(jīng)過A、B、C的時(shí)間間隔相等。在豎直方向有y2-y1=g(Δt)2,水平方向有x=v0Δt,可得v0=xgy(2)代入題給相關(guān)數(shù)據(jù)解得v0=1.0m/s。3.(2024屆佛山質(zhì)檢)在做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)時(shí):(1)鋼球拋出點(diǎn)的位置必須及時(shí)記錄在白紙上,然后從這一點(diǎn)畫水平線和豎直線作為x軸和y軸,豎直線是用來確定的。

(2)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到的軌跡如圖1所示,由軌跡可知,豎直距離yOA∶yAB∶yBC=,tOA∶tAB∶tBC=,這表明豎直方向是初速度為的運(yùn)動(dòng)。

(3)該同學(xué)在軌跡上選取間距較大的幾個(gè)點(diǎn),測(cè)出其坐標(biāo),并在直角坐標(biāo)系內(nèi)繪出了y-x2圖像(如圖2),此平拋物體的初速度v0=0.49m/s,則豎直方向的加速度g=m/s2。(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)

答案(1)重垂線(2)1∶3∶51∶1∶1零勻加速直線(3)9.60解析(1)豎直線用重垂線確定,因?yàn)樾∏蛩艿闹亓κ秦Q直向下的。(2)由軌跡可知,豎直距離yOA∶yAB∶yBC=1∶3∶5;由于水平距離xOA=xAB=xBC,則tOA=tAB=tBC,所以tOA∶tAB∶tBC=1∶1∶1,在連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi),豎直方向的位移之比為1∶3∶5,表明豎直方向是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),O點(diǎn)就是拋出點(diǎn)。(3)豎直方向有y=12gt2,水平方向有x=v0t,則平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡方程為y=g2v02x2,則斜率為g2v02=0.80.04m-1=20m-1,4.(2024屆濟(jì)南模擬)在農(nóng)田旁離地一定高度架有一水管,管口水平,小明根據(jù)學(xué)到的平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí),只用一把卷尺,測(cè)量出水口單位時(shí)間內(nèi)流出的最大水量(假設(shè)水從出水口沿水平方向均勻流出,已知重力加速度為g)。步驟如下:(1)如圖1,關(guān)閉水閥,用卷