人教版高中物理舉一反三-必修二5.3實驗：探究平拋運動的特點（原卷版）

5.3實驗：探究平拋運動的特點原卷版【實驗：探究平拋運動的特點知識點梳理】(一)實驗思路：(1)基本思路：根據(jù)運動的分解，把平拋運動分解為不同方向上兩個相對簡單的直線運動，分別研究物體在這兩個方向的運動特點.(2)平拋運動的分解：可以嘗試將平拋運動分解為水平方向的分運動和豎直方向的分運動.(二)進行實驗：方案一：頻閃照相(或錄制視頻)的方法(1)通過頻閃照相(或視頻錄制)，獲得小球做平拋運動時的頻閃照片(如圖所示)；(2)以拋出點為原點，建立直角坐標(biāo)系；(3)通過頻閃照片描出物體經(jīng)過相等時間間隔所到達的位置；(4)測量出經(jīng)過T,2T,3T，…時間內(nèi)小球做平拋運動的水平位移和豎直位移，并填入表格；(5)分析數(shù)據(jù)得出小球水平分運動和豎直分運動的特點.

拋出時間T2T3T4T5T水平位移豎直位移結(jié)論水平分運動特點豎直分運動特點方案二：分別研究水平和豎直方向分運動規(guī)律步驟1：探究平拋運動豎直分運動的特點(1)如圖所示，用小錘擊打彈性金屬片后，A球做平拋運動；同時B球被釋放，做自由落體運動.觀察兩球的運動軌跡，聽它們落地的聲音.(2)改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，即改變A球的初速度，發(fā)現(xiàn)兩球落地的時間相同，說明平拋運動在豎直方向的分運動為自由落體運動。步驟2：探究平拋運動水平分運動的特點1．裝置和實驗(1)如圖所示，安裝實驗裝置，使斜槽M末端水平，使固定的背板豎直，并將一張白紙和復(fù)寫紙固定在背板上，N為水平裝置的可上下調(diào)節(jié)的向背板傾斜的擋板.(2)讓鋼球從斜槽上某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運動，使小球的軌跡與背板平行.鋼球落到傾斜的擋板N上，擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡.(3)上下調(diào)節(jié)擋板N，進行多次實驗，每次使鋼球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置.(4)以斜槽水平末端端口處小球球心在木板上的投影點為坐標(biāo)原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸.(5)取下坐標(biāo)紙，用平滑的曲線把這些印跡連接起來，得到鋼球做平拋運動的軌跡.(6)根據(jù)鋼球在豎直方向是自由落體運動的特點，在軌跡上取豎直位移為y、4y、9y…的點，即各點之間的時間間隔相等，測量這些點之間的水平位移，確定水平方向分運動特點.(7)結(jié)論：平拋運動在相等時間內(nèi)水平方向位移相等，平拋運動水平方向為勻速直線運動.2．注意事項：(1)實驗中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(將小球放在斜槽末端水平部分，若小球靜止，則斜槽末端水平).(2)背板必須處于豎直面內(nèi)，固定時要用鉛垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直.(3)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放.(4)坐標(biāo)原點不是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時鋼球球心在木板上的投影點.(5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運動的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達右下角為宜.【實驗：探究平拋運動的特點舉一反三練習(xí)】1．如圖所示，利用頻閃照相研究平拋運動。小球A由斜槽滾下從桌邊緣水平拋出。當(dāng)恰好離開桌邊緣時，小球B同時下落，兩球恰在位置4相碰（g取）。則：（1）A球離開桌面時的速度為。（2）在圖中標(biāo)明與B球相對應(yīng)的A球另外兩個位置并畫出A球的運動軌跡。2．用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置，探究平拋運動的特點。

（1）關(guān)于實驗，下列做法正確的是（填選項前的字母）。A．選擇體積小、質(zhì)量大的小球

B．借助重垂線確定豎直方向C．先拋出小球，再打開頻閃儀

D．水平拋出小球（2）圖1所示的實驗中，A球沿水平方向拋出，同時B球自由落下，借助頻閃儀拍攝上述運動過程。圖2為某次實驗的頻閃照片，在誤差允許范圍內(nèi)，根據(jù)任意時刻A、B兩球的豎直高度相同，可判斷A球豎直方向做運動；根據(jù)，可判斷A球水平方向做勻速直線運動。（3）某同學(xué)使小球從高度為0.8m的桌面水平飛出，用頻閃照相拍攝小球的平物運動（每秒頻閃25次），最多可以得到小球在空中運動的個位置。3．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。取平拋運動的起始點為坐標(biāo)原點，將鋼球靜置于2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軸與重錘線平行。（3）已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?。在某次試驗中，小王同學(xué)在操作正確的前提下作出了拋物線軌跡，然后在拋物線上選取了離拋出點稍遠(yuǎn)的一個點，通過測量得到該點的坐標(biāo)為（1.6cm，19.6cm）.那么鋼球平拋的初速度。（4）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，測得AB和BC的豎直間距分別是和?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣却笮?。（取，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

4．用如圖甲所示的裝置做“探究平拋運動的特點”實驗，小球從斜槽軌道末端滑出后，被橫擋條卡住，調(diào)整橫擋條位置，記錄小球運動經(jīng)過的不同位置，描出平拋運動的軌跡。

（1）在此實驗中，下列說法正確的是A．斜槽軌道必須光滑

B．記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些C．同一次實驗中小球應(yīng)從同一位置由靜止釋放

D．橫檔卡條須等間距下移（2）如圖乙所示是某同學(xué)在實驗中畫出的平拋小球的運動軌跡，O為平拋運動的起點，該同學(xué)又畫出了兩條直線，與軌跡分別相交于A、B兩點，OA、OB的斜率分別為、，A、B兩點的橫坐標(biāo)分別為、。已知重力加速度大小為g，小球平拋的初速度（用g、、表示），（用、表示）。

5．用如圖所示的實驗裝置完成用描點法畫出平拋小球的運動軌跡并求出它的初速度的實驗。（1）在做此實驗時，除了木板、小球、斜槽、重垂線、鉛筆、三角板、圖釘、坐標(biāo)紙之外，下列實驗器材中還需要的有（填入正確選項前的字母）A．刻度尺

B．秒表

C．天平（2）引起實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差的原因可能是。A．實驗中使用密度較小的小球B．斜槽不光滑，有摩擦C．小球自由滾下時起始位置不完全相同D．在利用小球飛離軌道的起始位置計算小球的初速度時，以斜槽末端緊貼著槽口處作為小球做平拋運動的起點和所建坐標(biāo)系的原點O（3）實驗中，某同學(xué)安裝實驗裝置時斜槽末端的切線不水平，導(dǎo)致斜槽的末端斜向上與水平方向所成的夾角為。該同學(xué)在某次實驗時，小球離開斜槽的速度大小為，建立平面直角坐標(biāo)系。請根據(jù)平拋運動規(guī)律寫出豎直方向的位移與時間關(guān)系式。6．圖甲是“研究平拋物體運動”的實驗裝置圖，在白紙上描繪出小鋼球平拋運動的軌跡，然后研究平拋運動的規(guī)律。（1）該實驗中，在取下白紙前，應(yīng)確定坐標(biāo)軸原點O，并建立直角坐標(biāo)系，下列圖像坐標(biāo)原點和坐標(biāo)系的選擇正確的是；A．

B．

C．（2）某同學(xué)在實驗過程中，記錄了小球平拋運動軌跡的一部分，如圖乙所示。x軸沿水平方向，y軸沿豎直方向，取重力加速度大小，由圖中所給的數(shù)據(jù)可判斷出圖中坐標(biāo)原點O（選填“是”或“不是”）拋出點；由此測出小鋼球做平拋運動的初速度為。（3）實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，測出的小鋼球做平拋運動的初速度跟實際值相比有較大的誤差，可能的原因是A．斜槽軌道末端水平段過長B．沒有平衡斜槽軌道的摩擦力C．小球沒有每次都從斜槽同一高度靜止釋放7．我國航天事業(yè)創(chuàng)造了以“兩彈一星”、載人航天、月球探測，火星探測等為代表的輝煌成就。在某星球上用如圖甲所示的裝置“探究平拋運動的特點”。懸點O正下方P點處有水平放置的熾熱電熱絲，當(dāng)懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運動。現(xiàn)對小球采用頻閃數(shù)碼照相機連續(xù)拍攝，在有坐標(biāo)紙的背景屏前，拍下了小球在做平拋運動過程中的多張照片，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，已知照相機連續(xù)拍照的時間間隔是，照片如圖乙中坐標(biāo)所示，則：（1）小球平拋的初速度是；（2）該星球表面的重力加速度為；（3）由以上信息，可知a點（選填“是”或“不是”）小球的拋出點。8．幾組同學(xué)進行了“探究平拋運動的特點”實驗，具體如下（部分步驟省略）：（1）如圖1所示，用小錘打擊彈性金屬片，球沿水平方向拋出，同時球由靜止自由下落，可觀察到兩小球同時落地；多次實驗，結(jié)論不變。根據(jù)實驗，（選填“能”或“不能”）判斷出球在水平方向做勻速直線運動。（2）如圖2所示，將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道滑下后從點飛出，落在水平擋板上……白紙上將留下一系列痕跡點。①為了保證鋼球從點飛出的水平初速度是一定的，下列實驗條件必須滿足的是。A．斜槽軌道光滑B．斜槽軌道末端水平C．每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球②該組同學(xué)通過實驗，得到了鋼球做平拋運動的軌跡，如圖3中的曲線所示。在曲線上取、、、四點，這四個點對應(yīng)的坐標(biāo)分別（，）、（，）、（，）、（，），使，若，則說明鋼球在方向的分運動為勻速直線運動。（3）另組同學(xué)做實驗時，采用了頻閃照相技術(shù)，但未標(biāo)拋出點，只記錄了、、三點，于是就取點為坐標(biāo)原點，建立了如圖4所示的坐標(biāo)系。平拋軌跡上的這三點坐標(biāo)值圖中已標(biāo)出。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可計算小球平拋的初速度為，小球拋出點的橫坐標(biāo)。（取，計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）。9．圖甲是某種“研究平拋運動”的實驗裝置，斜槽末端口N與小球離地面的高度均為H，實驗時，當(dāng)P小球從斜槽末端飛出與擋片相碰，立即斷開電路使電磁鐵釋放Q小球，發(fā)現(xiàn)兩小球同時落地，改變H大小，重復(fù)實驗，P、Q仍同時落地。（1）關(guān)于本題實驗說法正確的有；A．斜槽軌道末段N端必須水平B．斜槽軌道必須光滑C．P小球可以從斜槽上不同的位置無初速度釋放D．P小球每次必須從斜槽上相同的位置無初速度釋放（2）該實驗結(jié)果可表明A．P小球在水平方向的分運動是勻速直線運動B．P小球在豎直方向的分運動是自由落體運動C．P小球的分運動是自由落體運動和勻速直線運動（3）若用一張印有小方格（小方格的邊長為）的紙記錄P小球的軌跡，小球在同一初速平拋運動途中的幾個位置如圖乙中的a、b、c、d所示，重力加速度，則：P小球在b處的瞬時速度的大小為，若以a點為坐標(biāo)原點，水平向右為x軸，豎直向下為y軸，則拋出點的坐標(biāo)為（結(jié)果以厘米為單位）。10．在“探究平拋運動的特點”的實驗中，如圖所示為小球做平拋運動過程中的頻閃照相得到的照片的一部分。已知閃光頻率為10Hz，圖中背景方格的邊長均為5cm，重力加速度g取10。（1）下列說法正確的是。A．根據(jù)水平方向上的間隔相等，可判斷平拋運動水平方向上是勻速直線運動B．根據(jù)相鄰點之間的豎直方向增加的距離相同，可判斷豎直方向為自由落體運動C．根據(jù)照片中的數(shù)據(jù)，可計算出B點的速度（2）小球經(jīng)過B點時的速度大小為＝m/s。（3）若已知平拋運動的特點，則A點（填“是”或“不是”）平拋運動的拋出點；若不是拋出點，那么小球拋出點離A點的水平距離為cm，豎直距離為cm。11．“研究平拋物體的運動”的實驗中：（1）在實驗前應(yīng)()A．將斜槽的末端切線調(diào)成水平；B．將木板校準(zhǔn)到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直平面平行C．在白紙上記錄斜槽末端槽口的位置O，作為小球做平拋運動的起點和所建坐標(biāo)系的原點（2）如圖為平拋運動的閃光照片的一部分，圖中背景方格的邊長均為5cm，如果取，則閃光時間間隔為；小球運動中水平分速度的大小；小球經(jīng)過B點時的速度大小是，拋出點坐標(biāo)為（以方格數(shù)表示坐標(biāo)，每格坐標(biāo)計1）

12．如圖所示是某實驗小組做“探究平拋運動的特點”實驗的裝置圖。（1）為了驗證做平拋運動的小球在豎直方向上做自由落體運動，該同學(xué)用如圖甲所示的裝置進行試驗，小錘打擊彈性金屬片，球水平拋出，同時球被松開，自由下落，并用頻閃照相機拍攝到了如圖乙所示的照片，關(guān)于該實驗，下列說法中正確的是。A．兩球的質(zhì)量應(yīng)相等B．應(yīng)聽到兩次撞地聲音C．應(yīng)改變裝置的高度，多次實驗D．點1是小球平拋的初始點（2）已知圖乙所示的照片中，每個小方格邊長為，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。若以拍攝的第一點為坐標(biāo)原點，水平向右和豎直向下為軸和軸的正方向，則被擋住的小球位置坐標(biāo)應(yīng)為（_，）（單位）。小球平拋的初速度大小為。13．采用如圖甲所示的實驗裝置做“探究平拋運動的特點”的實驗：（1）以下是實驗過程中的一些做法，其中合理的有；A．要求斜槽軌道保持水平且光滑B．每次小球釋放的初始位置可以任意選擇C．每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放D．為描出小球的運動軌跡，描繪的點用折線連接（2）乙一小球做平運動時閃照相方法獲得的相片的一部分，圖中背景小方格的邊長為1.8cm，取重力加速度g=10m/s2，則：①圖中A點平拋的起點（填“是”或“不是”）；②小球運動的初速度=m/s；③小球過B點的豎直方向速度=m/s。14．某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運動的規(guī)律。實驗時該同學(xué)使用頻閃儀和照相機對做平拋運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔發(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，其上每個方格的邊長為。該同學(xué)在實驗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）小球運動到圖（b）中位置A時，其速度的水平分量大小為，豎直分量大小為；（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮椤?5．用如圖所示的裝置研究平拋物體的運動規(guī)律，擊打彈片時，A做平拋運動，B做自由落體。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)兩個小球總是同時落地，則得到的結(jié)論是：。以A的拋出點做為坐標(biāo)原點，建立直角坐標(biāo)系，如圖所示，設(shè)從，從，從的時間分別是、、，則這三個時間是否相等。（選填“相等”或“不相等”）物體平拋的初速度是多少（用x、h、g表示）16．用頻閃照相記錄平拋小球在不同時刻的位置，探究平拋運動的特點。（1）關(guān)于實驗，下列做法正確的是（填選項前的字母）。A．選擇體積小、質(zhì)量大的小球

B．借助重垂線確定豎直方向C．先拋出小球，再打開頻閃儀

D．水平拋出小球（2）圖1所示的實驗中，A球沿水平方向拋出，同時B球自由落下，借助頻閃儀拍攝上述運動過程。圖2為某次實驗的頻閃照片，在誤差允許范圍內(nèi)，根據(jù)任意時刻A、B兩球的豎直高度相同，可判斷A球豎直方向做運動；根據(jù)，可判斷A球水平方向做勻速直線運動。

（3）某同學(xué)使小球從高度為的桌面水平飛出，用頻閃照相拍攝小球的平拋運動（每秒頻閃25次），最多可以得到小球在空中運動的個位置。（4）某同學(xué)實驗時忘了標(biāo)記重垂線方向，為解決此問題，他在頻閃照片中，以某位置為坐標(biāo)原點，沿任意兩個相互垂直的方向作為x軸和y軸正方向，建立直角坐標(biāo)系，并測量出另外兩個位置的坐標(biāo)值、，如圖3所示。根據(jù)平拋運動規(guī)律，利用運動的合成與分解的方法，可得重垂線方向與y軸間夾角的正切值為。