第四章　第3課時　實驗五：探究平拋運動的特點-2025年高中物理大一輪復(fù)習(xí)

第3課時實驗五：探究平拋運動的特點目標(biāo)要求1.知道平拋運動的軌跡是拋物線，能熟練操作器材，會在實驗中描繪其軌跡。2.會通過描繪的平拋運動軌跡計算物體的初速度?？键c一實驗技能儲備1．實驗思路用描跡法逐點畫出小鋼球做平拋運動的軌跡，判斷軌跡是否為拋物線并求出小鋼球的初速度。2．實驗器材末端水平的斜槽、背板、擋板、復(fù)寫紙、白紙、鋼球、________、重垂線、三角板、鉛筆等。3．實驗過程(1)安裝、調(diào)整背板：將白紙放在復(fù)寫紙下面，然后固定在裝置背板上，并用重垂線檢查背板是否________。(2)安裝、調(diào)整斜槽：將固定有斜槽的木板放在實驗桌上，用平衡法檢查斜槽末端是否________，也就是將小球放在斜槽末端直軌道上，小球若能________________________________，則表明斜槽末端已調(diào)水平，如圖。(3)描繪運動軌跡：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始做平拋運動，小球落到傾斜的擋板上，擠壓復(fù)寫紙，會在白紙上留下印跡。取下白紙用平滑的曲線把這些印跡連接起來，就得到小球做平拋運動的軌跡。(4)確定坐標(biāo)原點及坐標(biāo)軸：選定________________________________________為坐標(biāo)原點O，從坐標(biāo)原點O畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。4．?dāng)?shù)據(jù)處理(1)判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線如圖所示，在x軸上找出等距離的幾個點A1、A2、A3…，把線段OA1的長度記為l，則OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3…向下作垂線，與軌跡交點分別記為M1、M2、M3…，若軌跡是一條拋物線，則各點的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)，用刻度尺測量某點的x、y兩個坐標(biāo)值代入y＝ax2求出a，再測量其他幾個點的x、y坐標(biāo)值，代入y＝ax2，若在誤差范圍內(nèi)都滿足這個關(guān)系式，則這條曲線是一條拋物線。(2)計算平拋運動物體的初速度情景1：若原點O為拋出點，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多個初速度v0＝__________________，最后求出初速度的平均值，就是做平拋運動的物體的初速度。情景2：若原點O不是拋出點①在軌跡曲線上取三點A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示。A到B與B到C的時間相等，設(shè)為T。②用刻度尺分別測出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＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB))。5．注意事項(1)固定斜槽時，要保證斜槽末端的切線水平，以保證小球的初速度________，否則小球的運動就不是平拋運動了。(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的________相等。(3)坐標(biāo)原點(小球做平拋運動的起點)不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時，球的________在背板上的水平投影點。例1用如圖所示裝置研究平拋運動。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，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。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。(1)下列實驗條件必須滿足的有________。A．斜槽軌道光滑B．斜槽軌道末端水平C．擋板高度等間距變化D．每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球(2)為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標(biāo)系。a．取平拋運動的起始點為坐標(biāo)原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的________(選填“最上端”“最下端”或者“球心”)對應(yīng)白紙上的位置即為原點；在確定y軸時________(選填“需要”或者“不需要”)y軸與重垂線平行。b．若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖所示，在軌跡上取A、B、C三點，AB和BC的水平間距相等且均為x，測得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2，則eq\f(y1,y2)______eq\f(1,3)(選填“大于”“等于”或者“小于”)?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣却笮開_______(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，結(jié)果用上述字母表示)。(3)為了得到平拋物體的運動軌跡，同學(xué)們還提出了以下三種方案，其中可行的是________。A．用細(xì)管水平噴出穩(wěn)定的細(xì)水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡B．用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運動軌跡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，將會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡(4)伽利略曾研究過平拋運動，他推斷：從同一炮臺水平發(fā)射的炮彈，如果不受空氣阻力，不論它們能射多遠(yuǎn)，在空中飛行的時間都一樣。這實際上揭示了平拋物體________。A．在水平方向上做勻速直線運動B．在豎直方向上做自由落體運動C．在下落過程中機械能守恒例2(2022·福建卷·11)某實驗小組利用圖(a)所示裝置驗證小球平拋運動的特點。實驗時，先將斜槽固定在貼有復(fù)寫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球心在木板上的水平投影點O，建立xOy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)擋板進行多次實驗。實驗結(jié)束后，測量各印跡中心點O1、O2、O3…的坐標(biāo)，并填入表格中，計算對應(yīng)的x2值。O1O2O3O4O5O6y/cm2.956.529.2713.2016.6119.90x/cm5.958.8110.7412.4914.0515.28x2/cm235.477.6115.3156.0197.4233.5(1)根據(jù)上表數(shù)據(jù)，在圖(b)給出的坐標(biāo)紙上補上O4數(shù)據(jù)點，并繪制“y－x2”圖線。(2)由y－x2圖線可知，小球下落的高度y與水平距離的平方x2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y－x2圖線求得斜率k，小球平拋運動的初速度表達(dá)式為v0＝____________(用斜率k和重力加速度g表示)。(4)該實驗得到的y－x2圖線常不經(jīng)過原點，可能的原因是____________________________。考點二探索創(chuàng)新實驗常見的創(chuàng)新實驗類型實驗器材創(chuàng)新利用噴水法、頻閃照相法、用傳感器和計算機都可以描繪物體做平拋運動的軌跡實驗過程創(chuàng)新間隔相等距離后移擋板數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新用圖像法進行數(shù)據(jù)處理例3某實驗小組利用如圖甲所示裝置測定平拋運動的初速度。把白紙和復(fù)寫紙疊放在一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個斜面，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，通過碰撞復(fù)寫紙，在白紙上記錄鋼球的落點。(1)為了正確完成實驗，以下做法必要的是________。A．實驗時應(yīng)保持桌面水平B．每次應(yīng)使鋼球從靜止開始釋放C．使斜面的底邊ab與桌邊重合D．選擇與鋼球間的摩擦力盡可能小的斜面(2)實驗小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動0.2m，在白紙上記錄了鋼球的4個落點，相鄰兩點之間的距離依次為15.0cm、25.0cm、35.0cm，如圖乙。重力加速度g＝10