2018_2019学年高中物理第05章曲线运动专题5.3实验：研究平抛运动情景分组训练新人教版.docx

专题5.3 实验：研究平抛运动【本节知识清单】1.描绘平抛运动轨迹的方法可以通过 、 、 等等办法，也可以通过传感器利用计算机方便描出平抛物体的运动轨迹。2.在描迹法研究平抛运动实验中，是利用有孔的卡片确定做平抛运动的小球在运动中若干不同的位置，据此画出小球的运动轨迹，测出轨迹上合适点的坐标x和y，利用 与 可求得小球的水平速度即平抛运动的初速度，此方法要求坐标原点必须是 位置。3.若坐标原点不是小球抛出点，可在轨迹上取水平间距相等的若干点，测出各点位置坐标，由竖直方向 ，可求出小球经过相邻点时间的时间间隔，进而求初速度可利用水平方向上的 。答案：1.频闪照相法；水流喷射法；描迹法 2.x=v0t；y=gt2/2；抛出点 3.；【问题与练习变式】1.（问题与练习1变式）三个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验：(1)甲同学采用如图6甲所示的装置用小锤打击弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_.(2)乙同学采用如图6乙所示的装置两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看作与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使ACBD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等，现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出实验可观察到的现象应是_仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明_。 (3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图6丙所示的“小球做平抛运动”的照片，图中每个小方格的边长为1.25 cm，则由图可求得拍摄时每_s曝光一次，该小球做平抛运动的初速度大小为_m/s.(g取9.8 m/s2)【答案】(1)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P球击中Q球平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动(3)3.571020.72.（问题与练习2变式）在做“研究平抛物体的运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于槽口附近处使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A；将木板向远离槽口平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B；又将木板再向远离槽口平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，再得到痕迹C若测得木板每次移动距离x=10.00cm，A、B间距离cm，B、C间距离y 2 =14.58cm（g取9.80m/s2）根据以上直接测量的物理量得小球初速度为_（用题中所给字母表示）。小球初速度的测量值为_m/s。（保留两位有效数字）【答案】 1.0 【解析】（1）由题意可知，小球运动过程中从从A点运动到B点与从B点运动到C点所用时间相等，而小球在竖直方向上是自由落体，故有，故小球的初速度。（2）将已知量代入可得。3.（问题与练习3变式）小球A由斜槽滚下，从桌边水平抛出，当它恰好离开桌边缘时小球B从同样高度处自由下落，频闪照相仪拍到了B球下落过程的四个位置和A球的第1、3、4个位置，如图所示已知背景的方格纸每小格的边长为2.4cm，频闪照相仪的闪光频率为10Hz（1）请在图中标出A球的第2个位置；（2）利用这张照片可求出当地的重力加速度大小为 m/s2；（3）A球离开桌边时的速度大小为 m/s【答案】（1）如图所示；（2分）（2）9.6（2分）；（3）0.72（2分）【解析】（1）平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，所以相同时刻A球与B球等高，水平方向上相等时间内的位移相等，所以2、3两个位置的水平位移和3、4两个位置的水平位移相等，如图所示：（2）根据y=4L=gT2得，解得（3）小球离开桌边时的速度。【本节考点题组】【题组一】实验器材与实验操作要求1.（1）.在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是 。A.游标卡尺 B。秒表 C坐标纸 D天平 E弹簧秤 P重垂线（2）实验时，让小球多次沿同一轨道运动。下列说法正确的是 A调节斜槽轨道，使其末端水平 B每次由静止释放小球的位置必须相同C斜槽必须光滑 D小球运动时不应与木板上的坐标纸接触E将小球的位置记录在坐标纸上，取下坐标纸用直尺将点连成折线【答案】（1）C F （2）（2）小球做平抛运动,要求小球离开轨道末端时速度沿水平方向,A正确.要保证小球每次沿同一轨迹运动,就需保证小球每次做平抛运动的初速度相同,也就要求每次释放小球的位置相同,B正确.轨道是否光滑只是影响小球从同一位置释放时的做平抛运动的初速度,而对探究小球做平抛运动的规律没有影响,C错误.若小球运动时与坐标纸接触就会使小球的运动不再是平抛运动的,形成实验误差,D正确.平抛运动的轨迹是一条抛物线,故取下坐标纸后应将点连成一条平滑曲线,错误.2.在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是（ ）A选用装置图1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地B选用装置图2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面C选用装置图3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球D除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹【答案】BD 3.在做“研究平抛物体的运动”实验时，坐标纸应固定在竖直的木板上，图中所示坐标纸的固定情况与斜槽末端的位置关系正确的是：【答案】C 【解析】本实验中，不仅需要将小球做平抛运动过程中所经历的一些位置确定下来，而且还需要记录小球抛出点的位置，故A、D错误。在B图中由于坐标纸倾斜，坐标纸上的坐标值不能反应小球的位置坐标，故B错误。4.在做“研究平抛物体的运动”实验中，如果小球每次都从斜槽上不同位置释放，则每次相比相同的是A.小球的初速度B.小球的运动轨迹C.小球下落的时间D.小球通过相同水平位移所用的时间【答案】C 【解析】小球从斜槽上滑下获得做平抛运动的初速度，释放的初始位置越高，初速度越大，由易知轨迹曲线也就不同，A、B皆错误。初速度意味着小球在水平方向上的匀速运动速度越大，故通过相同水平位移所用时间一定越小，D错误。平抛运动的飞行时间取决于竖直方向上下降的高度，与初速度大小无关，故C正确。5.在做“研究平抛物体的运动”实验中，下列情况不会引起实验偏差的是A.小球与槽之间的摩擦B.小球飞离后受空气阻力作用C.小球每次释放时的高度不同D.小球飞过竖直板时与竖直板间发生摩擦【答案】A 6.（2013上海物理，28，8分)如图，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h0.420m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。（1）由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成关系，与无关。v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4（2）一位同学计算出小球飞行时间的理论值，发现理论值与测量值之差约为3ms。经检查，实验及测量无误，其原因是。（3）另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t依然大于自己得到的理论值，但二者之差在37ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是。【答案】（1）正比；时间 （2）g取值10m/s2；偏大（3）光电传感器位于水平槽口的内侧，而传感器的中心离槽口（小球做平抛运动的初始位置还有一段距离。【解析】（1）由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成正比关系，与运动时间无关。（2）计算小球飞行时间的理论值中，g不能取值10m/s2，应该取值g=9.8m/s，这样计算出的t=292.8ms。（3）导致偏差的原因是：理论值是小球做平抛运动的时间，实测值是小球做平抛运动时间加上小球从光电门中心运动到槽末端时间之和。而这个距离一定，则小球初速度越大，通过这段距离所用时间越短，理论值与测量值差别就越小了【题组二】实验原理与数据处理1.某同学课外研究平抛物体的运动，并将实验中测出的两物理量Q和S数值填表如下，Q和S的单位相同但没有写出。（g=10m/s2）Q0.000.100.200.30 0.400.50S0.000.050.200.450.801.25（1）上表中Q表示的物理量是 ；S表示的物理量是 。（2）若上表中Q和S用的都是国际单位制中的单位，则平抛物体的水平速度为 【答案】（）水平位移、竖直位移（）1.00m/s2.如图所示，为一个探究平抛运动特点的实验，在课桌上用物理书弯成一个曲面，使曲面末端切线水平，右边缘A距竖直墙面x1=10cm。把白纸和复写纸帖在墙上，记录钢球的落点。MNPOxA使钢球从曲面上某点由静止滚下打在墙上，记录落点为P；将课桌向远离墙面方向移动使曲面右边缘A距竖直墙面 x2=20cm，使钢球从曲面上同一位置由静止滚下打在墙上，记录落点为N；再次移动课桌，使曲面右边缘A距竖直墙面x3=30cm，钢球仍从曲面上同一位置由静止滚下打在墙上，记录落点为M；测得OM=33cm，ON=58cm，OP=73cm。（1）实验中为了减小误差而采取的措施中正确的是_ （填写选项前的字母）。A曲面应尽量光滑B小球应选用体积较小的实心钢球C曲面应相对桌面固定 D每次实验中均应重复几次后，再记录平均落点 （2）小球在水平方向做_运动，在竖直方向做_运动。由测得的数据可求出小球平抛的初速度为_m/s（不计空气阻力，g取10m/s2，结果保留2位有效数字）。【答案】（1）BCD。（2）匀速直线运动；自由落体运动；1.0m/s。（每空2分）3.用图甲所示的实验装置做“研究平抛物体的运动”实验。图乙P1P2P3坐标纸木板重锤斜槽轨道图甲对于实验的操作要求，下列说法正确的是 （ ）A应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滚下B释放小球的初始位移越高越好C要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些D为了比较准确地描出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起来根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹。部分运动轨迹如图7所示。图中水平方向与竖直方向每小格的长度均为l，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等。若已测知抛出后小球在水平方向上做匀速运动，重力加速度为g。可求出小球从P1运动到P2所用的时间为_，小球抛出后的水平速度为_。【答案】（1） AC（3分） ；（3分）（3分） 由图中可知P1P2与P2P3在竖直方向的距离差，再由有。又因P1P2（或P2P3）间的水平距离为，故4.如图是研究小球在斜面上平抛运动的实验装置，每次将小球从弧型轨道同一位置静止释放，并逐渐改变斜面与水平地面之间的夹角，获得不同的射程，最后作出了如图所示的图象。则：0 0.5 tanx/mxv00 tanx0.1图图图（1）由图可知，小球在斜面顶端水平抛出时的初速度 ；（2）若最后得到的图象如图c所示，则可能的原因是（写出一个） .【答案】（1）(2)释放位置变高（释放时有初速度）5.如图1所示，有人对“利用频闪照相研究平抛运动规律”装置进行了改变，在装置两侧都装上完全相同的斜槽A、B，但位置有一定高度差，白色与黑色的两个相同的小球都从斜槽某位置由静止开始释放实验后对照片做一定处理并建立直角坐标系，得到如图所示的部分小球位置示意图（g取10m/s2）（1）观察改进后的实验装置可以发现，斜槽末端都接有一小段水平槽，这样做的目的是 （2）根据部分小球位置示意图（如图2），下列说法正确的是 A闪光间隔为0.1sBA球抛出点坐标（0，0）CB球抛出点坐标（0.95，0.50）D两小球作平抛运动的水平速度大小不等【答案】（1）保证小球抛出时的速度在水平方向；（2）AB【解析】（1）观察改进后的实验装置可以发现，斜槽末端都接有一小段水平槽，这样做的目的是保证小球抛出时的速度在水平方向（2）由图可知，每格边长为0.05m，对A球，根据y=2L=gT2得闪光的周期为，故A正确A球在第二位置的竖直分速度为，在抛出点到该位置运动的时间为，等于闪光的周期，可知A球的抛出点坐标为（0，0），故B正确横坐标为0.80m的小球在竖直方向上的分速度为则运行的时间为水平分速度为则此时B球的水平位移为x=v0t=1.50.15m=0.225m，竖直位移为所以B球抛出点的坐标为：（1.025，0.4875）故C错误两球在水平方向上相等时间间隔内的位移相等，则初速度相等，故D错误6.如图所示，利用频闪照相研究平抛运动。小球A由斜槽流滚下从桌边缘水平抛出。当恰好离开桌边缘时，小球B同时下落，两球恰在位置4相碰。（g=10m/s2) 则（1）A球离开桌面时的速度为v= m/s。（2）在图中标明与B球相对应的A球另外两个位置并画出A球的运动轨迹。【答案】（1） 1.5 （2）轨迹（略） 位置（如图） 【解析】（1）由图知两球在竖直方向上的通过的位移,则运动时间,而A球在此时间内通过的水平位移为,故A的初速度.(2)由于小球A在水平方向 上匀速运动,频闪照相的闪光时间间隔相等,则A球在四个位置上的水平距离都相等,而在竖直方向上与B球的运动情况相同,即与B球处于同一水平线上.【题组三】轨迹起点非抛出点类1.某同学做平抛实验时,只在纸上记下重垂线y方向,未在纸上记下斜槽末端位置,并只描出如图所示的一段平抛运动曲线,现在曲线上取A、B两点,用刻度尺分别量出到y的距离,AA=x1,BB=x2,以及AB的竖直距离h,从而可求出小球被抛出时的初速度v0为（ ）A.B.C.D.【答案】A .某同学得用图1所示装置做“研究平抛运动”的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，剩余部分如图2所示。图2中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0.10m，、和是轨迹图线上的3个点，和、和之间的水平距离相等。完成下列真空：（重力加速度取）（1）设、和的横坐标分别为、和，纵坐标分别为、和，从图2中可读出=_m，=_m，=