《（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線運(yùn)動 3 實驗：研究平拋運(yùn)動學(xué)案 新人教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線運(yùn)動 3 實驗：研究平拋運(yùn)動學(xué)案 新人教版必修2（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線運(yùn)動 3 實驗：研究平拋運(yùn)動學(xué)案 新人教版必修2 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道用實驗獲得平拋運(yùn)動軌跡的方法與步驟． 2．會根據(jù)平拋運(yùn)動的軌跡計算平拋運(yùn)動的初速度． 3．掌握描跡法、頻閃照相法等探究實驗的常用方法. 考試要求 學(xué)考 選考 √ √ 一、描繪平拋運(yùn)動的軌跡 1．實驗原理 用描跡法(或噴水法或頻閃照相法)得到物體平拋運(yùn)動的軌跡． 2．實驗器材 斜槽、小球、方木板、圖釘、刻度尺、鉛垂線、鉛筆、白紙、鐵架臺． 3．實驗步驟 (1)按圖1甲所示安裝實驗裝置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好靜止)． 圖1

2、 (2)以水平槽末端端口上小球球心在木板上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，過O點(diǎn)畫出豎直的y軸和水平的x軸． (3)使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下，把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上，如果小球運(yùn)動中碰到筆尖，就用鉛筆在該位置畫上一點(diǎn)．用同樣方法，在小球運(yùn)動路線上描下若干點(diǎn)． (4)將白紙從木板上取下，從O點(diǎn)開始通過畫出的若干點(diǎn)描出一條平滑的曲線，如圖乙所示． 4．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)方木板必須處于豎直平面內(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．

3、 (4)坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點(diǎn)． (5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運(yùn)動的軌跡由白紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜． 二、判斷平拋運(yùn)動的軌跡是不是拋物線 1．?dāng)?shù)據(jù)處理 方法一　公式法 (1)原理：若平拋運(yùn)動的軌跡是拋物線，則當(dāng)以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系后，軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)應(yīng)具有y＝ax2的關(guān)系，而且同一軌跡a是一個特定的值． (2)驗證方法 用刻度尺測量幾個點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，分別代入y＝ax2中求出常量a，看計算得到的a值在誤差允許的范圍內(nèi)是否是一個常數(shù)． 方法二　圖象法 建立y－x2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個點(diǎn)的x、y坐

4、標(biāo)值分別得到對應(yīng)的y值和x2值，在y－x2坐標(biāo)系中描點(diǎn)，連接各點(diǎn)看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值． 2．計算初速度 在小球平拋運(yùn)動軌跡上任取一點(diǎn)，用刻度尺(三角板)測出它們的坐標(biāo)(x，y)，利用公式y(tǒng)＝gt2和x＝v0t，求出小球做平拋運(yùn)動的初速度v0(g已知)，多求幾個點(diǎn)，然后求出v0的平均值. 一、平拋運(yùn)動的原理與實驗操作 例1　(2017·浙江4月選考科目考試)在“研究平拋運(yùn)動”實驗中． (1)圖2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)動軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時的________． 圖2 A．球心 B．球的上端

5、 C．球的下端 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(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 D．y軸的方向根據(jù)重錘線確定 (2)圖3是利用圖2裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片，由照片可判斷實驗操作錯誤的是________． 圖3 A．釋放小球時初速度不為0 B．釋放小球的初始位置不同 C．斜槽末端切線不水平 (3)圖4是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動軌跡的裝置，其中正確的是________． 圖4 答案　(1)B　BD　(2)C　(3)B 1．為保證小球做平拋運(yùn)動，必須使斜槽的末端水平． 2．為保證小

6、球每次平拋的初速度相同，必須讓小球從同一位置由靜止釋放，如果用細(xì)水柱顯示軌跡，必須保證管口處的壓強(qiáng)不變． 二、計算平拋運(yùn)動的初速度 計算平拋運(yùn)動的初速度可以分為兩種情況 (1)平拋軌跡完整(即含有拋出點(diǎn)) 在軌跡上任取一點(diǎn)，測出該點(diǎn)離坐標(biāo)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＝gt2，故v0＝x . (2)平拋軌跡殘缺(即無拋出點(diǎn)) 在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C(如圖5所示)，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運(yùn)動的規(guī)律可知A、B間與B、C間所用時間相等，設(shè)為t，則 Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2 t＝ 所以初速度v0＝＝x . 圖5

7、 例2　某同學(xué)在做“研究平拋運(yùn)動”實驗時得到了如圖6所示的運(yùn)動軌跡，a、b、c三點(diǎn)的位置在運(yùn)動軌跡上已標(biāo)出，則： 圖6 (1)小球平拋的初速度為________m/s.(g取10 m/s2) (2)小球運(yùn)動到b點(diǎn)時速度大小vb＝________，方向________． (3)小球拋出點(diǎn)的位置坐標(biāo)x＝________cm，y＝________cm. 答案　(1)2　(2)2.5 m/s　與x軸方向夾角為37°　(3)－10?。?.25 解析　(1)由平拋運(yùn)動公式，在x軸方向上xab＝v0T，在豎直方向上hbc－h(huán)ab＝gT 2，代入數(shù)據(jù)解得T＝0.1 s，v0＝2 m/s.

8、(2)小球經(jīng)過b點(diǎn)時豎直分速度vby＝＝1.5 m/s，則vb＝＝2.5 m/s，與x軸方向的夾角為θ，tan θ＝，即θ＝37°. (3)小球從開始運(yùn)動到經(jīng)過b點(diǎn)時歷時tb＝＝0.15 s，說明小球經(jīng)過a點(diǎn)時已經(jīng)運(yùn)動了ta＝0.05 s，所以小球拋出點(diǎn)的坐標(biāo)x＝－v0ta＝－10 cm，y＝－gt a 2＝－1.25 cm. 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗操作及用已知拋出點(diǎn)的軌跡求初速度 根據(jù)平拋運(yùn)動軌跡測定初速度時，不要隨便把題目所提供的第一個記錄點(diǎn)當(dāng)成平拋運(yùn)動的拋出點(diǎn)．可利用自由落體運(yùn)動在豎直方向上連續(xù)相同時間內(nèi)下落高度之比為1∶3∶5…的關(guān)系來判斷第一個記錄

9、點(diǎn)是否為拋出點(diǎn)，若不是，只能由Δh＝gT2求出時間間隔． 三、創(chuàng)新實驗設(shè)計 例3　某同學(xué)設(shè)計了一個研究平拋運(yùn)動的實驗．實驗裝置示意圖如圖7甲所示，A是一塊平面木板，在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(圖中P0P0′、P1P1′、…)，槽間距離均為d.把覆蓋復(fù)寫紙的白紙鋪貼在平面硬板B上．實驗時依次將B板插入A板的各插槽中，每次讓小球從斜軌道的同一位置由靜止釋放．每打完一點(diǎn)后，把B板插入后一槽中并同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d.實驗得到小球在白紙上打下的若干痕跡點(diǎn)，如圖乙所示． 圖7 (1)實驗前應(yīng)對實驗裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到________．每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了______

10、_______________________________________________________________________. (2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了________________________． (3)在圖乙中繪出小球做平拋運(yùn)動的軌跡． 答案　見解析 解析　本實驗把小球通過的水平相等位移(即槽間距離d)，巧妙轉(zhuǎn)化為題圖中x軸上通過相同的位移(即向紙內(nèi)側(cè)平移距離d)，而豎直方向確定的落點(diǎn)為豎直位置，因而可畫出平拋運(yùn)動的軌跡． (1)根據(jù)實驗設(shè)計方案，實驗前應(yīng)對實驗裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使斜軌道末端切線水平，以保證小球飛出時的速度沿水平方向，小球做平拋運(yùn)

11、動．每次讓小球從同一位置由靜止釋放的目的是使小球每次做平拋運(yùn)動的初速度相同，軌跡相同． (2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d是為了保持記錄紙上每兩點(diǎn)之間的水平距離相同． (3)如圖所示(注意要用平滑的曲線連接)． 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的創(chuàng)新性實驗 【題點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的創(chuàng)新性實驗 1．本實驗中，把小球的平拋運(yùn)動的軌跡由紙面內(nèi)轉(zhuǎn)換到垂直紙面的平面內(nèi)． 2．B板每向右平移距離d，同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d，使轉(zhuǎn)換具有等效性. 1．(實驗方案的設(shè)計)(2018·浙江省名校新高考研究聯(lián)盟第二次聯(lián)考)在探究平拋運(yùn)動的規(guī)律時，可以選用如圖8所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是(　　)

12、 圖8 A．選用裝置圖甲研究平拋物體的豎直分運(yùn)動時，可多次改變小球距地面的高度，但必須控制每次打擊的力度不變 B．選用裝置圖乙并要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示出平拋運(yùn)動的軌跡，豎直管上端A一定要低于水面 C．選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運(yùn)動的軌跡，每次不一定從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球 D．選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運(yùn)動的軌跡，要以槽口的端點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系 答案　B 解析　要根據(jù)自由落體運(yùn)動比較平拋運(yùn)動豎直方向上的運(yùn)動性質(zhì)，與水平方向上的運(yùn)動無關(guān)，而擊打力度只影響水平方向上的速度，所以不需要控制每次的擊打力度，A錯誤；A管內(nèi)與大氣相通，為外界大氣壓強(qiáng)，A管在水面下保證A管上出

13、口處的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，因而另一出水管的上端口處壓強(qiáng)與A管上出口處的壓強(qiáng)有恒定的壓強(qiáng)差，保證另一出水管出水壓強(qiáng)恒定，從而出水速度恒定，B正確；選用裝置圖丙要獲得鋼球的平拋軌跡，每次一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，這樣才能保證初速度相同，故C錯誤；建立坐標(biāo)系時，以斜槽末端端口上方小球球心在木板上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，D錯誤． 2.(初速度的計算)(2018·浙江4月選考科目考試)圖9是小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片，其上覆蓋了一張透明方格紙．已知方格紙每小格的邊長均為0.80 cm.由圖可知小球的初速度大小為________ m/s(g＝10 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)． 圖9 答案

14、　0.70(0.66～0.74均可) 解析　方法一　水平方向做勻速直線運(yùn)動，相鄰兩點(diǎn)間水平位移3.5l＝v0T 豎直方向Δy＝y(tǒng)2－y1＝2l＝gT 2 將l＝0.8×10－2 m代入可得：v0＝0.70 m/s 方法二　四個位置間的豎直分位移之比為1∶3∶5，故可知第一個球的位置為拋出點(diǎn)．由l＝gt2 , 3.5l＝v0t，將l＝0.8×10－2 m代入可得：v0＝0.70 m/s. 3．(實驗操作及速度的計算)如圖10所示，在“研究平拋運(yùn)動”的實驗中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動的軌跡，實驗簡要步驟如下： 圖10 A．讓小球多次從________釋放，在一張印有小方格的紙上記下

15、小球經(jīng)過的一系列位置，如圖中a、b、c、d所示． B．安裝好器材，注意________，記下平拋初位置O點(diǎn)和過O點(diǎn)的水平線與豎直線． C．取下方格紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以水平線為x軸，豎直線為y軸建立直角坐標(biāo)系，用平滑曲線畫出小球做平拋運(yùn)動的軌跡． (1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上． (2)上述實驗步驟的合理順序是____________． (3)已知圖中小方格的邊長L＝1.25 cm，則小球平拋的初速度為v0＝________(用L、g表示)，其值是________．(取g＝9.8 m/s2) (4)b點(diǎn)的速度vb＝________.(用L、g表示) 答案　(1)同一位置靜

16、止　斜槽末端切線水平 (2)BAC　(3)2　0.7 m/s　(4) 解析　(1)這種方法，需讓小球重復(fù)同一個平拋運(yùn)動多次，才能記錄出小球的一系列位置，故必須讓小球每次由同一位置靜止釋放．斜槽末端切線水平，小球才會做平拋運(yùn)動． (3)由Δy＝gT 2得相鄰兩點(diǎn)之間的時間間隔T＝，所以小球的初速度v0＝＝2，代入數(shù)據(jù)得v0＝0.7 m/s. (4)vby＝＝，由vb＝ 得vb＝＝. 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗操作及用未知拋出點(diǎn)的軌跡求初速度 1．利用如圖1所示的裝置研究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)，讓小球多次沿同一軌跡運(yùn)動，通過描點(diǎn)法畫小球做平拋運(yùn)動的軌跡，為了能較

17、準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動軌跡，下面說法不正確的是(　　) 圖1 A．通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平 B．每次釋放小球的位置必須不同 C．每次必須在斜槽上的同一位置由靜止釋放小球 D．小球運(yùn)動時不應(yīng)與木板上的白紙(或坐標(biāo)紙)相接觸 答案　B 解析　要使小球做平拋運(yùn)動，斜槽軌道末端必須水平，A正確．要使小球每次拋出的初速度相等，釋放小球時必須在斜槽上同一位置由靜止釋放，B錯誤，C正確．小球離開軌道后，僅受重力作用，不能有摩擦，D正確． 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗操作、注意事項和誤差分析 2．在“研究平拋運(yùn)動”的實驗中，為了求小球做平拋運(yùn)動的初速度，需直接測的數(shù)據(jù)有(

18、重力加速度g已知)(　　) ①小球開始滾下的高度 ②小球在空中飛行的時間 ③運(yùn)動軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo) ④運(yùn)動軌跡上某點(diǎn)P的豎直坐標(biāo) A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　C 解析　由平拋運(yùn)動規(guī)律，豎直方向y＝gt2，水平方向x＝v0t，因此v0＝x，可見只要測得軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，就可求出初速度v0，故C項正確． 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗操作、注意事項和誤差分析 3.如圖2所示，在粗糙水平桌面上用練習(xí)本做成一個斜面，使小鋼球從斜面上某一位置滾下，鋼球沿桌面飛出后做平拋運(yùn)動．用刻度尺測出下列哪一組數(shù)據(jù)可以求出鋼球離開水平

19、桌面時的速度(重力加速度為g)(　　) 圖2 A．鋼球在練習(xí)本上滾下的距離、鋼球釋放點(diǎn)離桌面的高度 B．水平桌面的高度、鋼球落地點(diǎn)與桌邊的水平距離 C．鋼球釋放點(diǎn)離桌面的高度、鋼球在水平桌面上運(yùn)動的距離 D．鋼球釋放點(diǎn)離桌面的高度、鋼球落地點(diǎn)與桌邊的水平距離 答案　B 解析　鋼球沿桌面飛出后做平拋運(yùn)動，根據(jù)平拋運(yùn)動規(guī)律得y＝gt2，x＝v0t，聯(lián)立解得v0＝x，故要求出鋼球離開水平桌面時的速度，需測量水平桌面的高度y、鋼球落地點(diǎn)與桌邊的水平距離x，B項正確． 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗原理 4．兩個同學(xué)根據(jù)不同的實驗條件，進(jìn)行了“研究平拋運(yùn)動”的實驗

20、： 圖3 (1)甲同學(xué)采用如圖3甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明_________________________________________________. (2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置．兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D

21、上，然后切斷電源，使兩小球同時以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是________________________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明__________________. 答案　(1)做平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動　(2)P球擊中Q球　做平拋運(yùn)動的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動 解析　(1)通過對照實驗，說明兩球具有等時性，由此說明做平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動． (2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運(yùn)動情況相同，說明平拋運(yùn)動的水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動． 5．如圖4甲是研究平拋運(yùn)

22、動的實驗裝置圖，圖乙是實驗后在白紙上作的圖． 圖4 (1)在圖甲上標(biāo)出O點(diǎn)及Ox、Oy軸，并說明這兩條坐標(biāo)軸是如何作出的． (2)固定斜槽軌道時應(yīng)注意使____________________________________________________． (3)實驗過程中需經(jīng)過多次釋放小球才能描繪出小球平拋運(yùn)動的軌跡，實驗中應(yīng)注意________________________________________________________________________． (4)計算小球平拋初速度的公式v0＝________，根據(jù)圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v0＝____ m/

23、s.(g取9.8 m/s2) 答案　(1)見解析 (2)軌道末端切線沿水平方向 (3)使小球每次都從同一位置無初速度滾下 (4)x　1.6 解析　(1)如圖所示，斜槽末端小球球心在白紙上的投影為O點(diǎn)，從O點(diǎn)開始作平行于鉛垂線向下的直線為Oy軸，再垂直于Oy作Ox軸． (2)為了保證小球離開斜槽時的速度沿水平方向，應(yīng)調(diào)整斜槽使軌道末端切線沿水平方向． (3)為了保證小球每次做平拋運(yùn)動的軌跡一致，要求它的初速度相同，故每次都讓小球從斜槽的同一位置無初速度滾下． (4)由于x＝v0t，y＝gt2，故初速度v0＝x，根據(jù)題圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v0＝1.6 m/s. 【考點(diǎn)】研

24、究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗操作及用已知拋出點(diǎn)的軌跡求初速度 6．甲同學(xué)在做“測量平拋運(yùn)動的初速度”的課題研究時，得到如圖5所示一小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片的一部分，圖中每個方格邊長為5 cm，g取10 m/s2，則頻閃頻率是______ Hz，小球做平拋運(yùn)動的初速度v 0＝______ m/s. 圖5 答案　10　2 解析　因為xAB＝xBC，所以tAB＝tBC，在豎直方向上， 由Δy＝gT 2得(7×0.05－5×0.05) m＝10 m/s2·T 2， 解得T＝0.1 s， 故頻閃頻率為10 Hz. 水平速度v0＝＝ m/s＝2 m/s. 【考點(diǎn)】研究平拋運(yùn)動的基礎(chǔ)性實驗 【題點(diǎn)】實驗操作及用未知拋出點(diǎn)的軌跡求初速度