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1、实验4研究平抛运动 注意事项 教材研读 考点一实验原理与实验操作 考点二实验数据处理与误差分析 考点三实验拓展与实验创新 考点突破 教材研读 注意事项1 斜槽末端的切线必须水平 2 方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行 并使小球的运动靠近木板但不接触 3 坐标原点 小球做平抛运动的起点 不是槽口的端点 应是小球在槽口时其球心在木板上的水平投影点 4 如果是用白纸 则应以小球在槽口时其球心在木板上的水平投影点为坐标原点 在斜槽末端悬挂重垂线 先根据重垂线方向确定y轴方向 再用三角板画出水平线作为x轴 建立直角坐标系 5 每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始滚下 6 在平抛轨
2、道上选取距O点远些的点来计算小球的初速度 这样可使结果的误差较小 考点一实验原理与实验操作 考点突破 1 实验中必须调整斜槽末端的切线水平 检验是否水平的方法是 将小球放在斜槽末端任一位置 看其是否能静止 2 方木板必须处于竖直平面内 要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直 3 小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下 4 坐标原点不是槽口的端点 应是小球出槽口时球心在木板上的投影点 5 小球开始滚下的位置高度要适中 以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜 6 在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度 例1 2017浙江4月选考 17 5分 在 研究平抛运动 实验中 1 图
3、1是横挡条卡住平抛小球 用铅笔标注小球最高点 确定平抛运动轨迹的方法 坐标原点应选小球在斜槽末端时的位置 图1 A 球心B 球的上端C 球的下端 2 多选 在此实验中 下列说法正确的是 A 斜槽轨道必须光滑B 记录的点应适当多一些C 要用光滑曲线把所有的点连接起来D y轴的方向根据重垂线确定 3 图2是利用图1装置实验时拍摄的小球做平抛运动的频闪照片 由照片可判断实验操作的错误是 图2A 释放小球时初速度不为0B 释放小球的初始位置不同C 斜槽末端不水平 4 图3是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置 其中正确的是 图3 答案 1 A 2 BD 3 C 4 B 解析 1 坐标原点应选小球在斜
4、槽末端时球心的位置 所以选A 2 在此实验中 不要求斜槽轨道必须光滑 只要能够保证将小球从同一位置静止释放 即使轨道粗糙 摩擦力做功是相同的 小球离开斜槽末端时的速度就是一样的 选项A错误 记录的点适当多一些 能够保证描点误差较小 光滑曲线并不能通过所有的点 选项B正确 C错误 y轴必须沿竖直方向 可用重垂线确定 选项D正确 3 由图可知小球做斜抛运动 这是由斜槽末端不水平导致的 故选C 4 瓶中插入另一根吸管 目的是保证水流流速不随瓶内水面下降而减小 从而能够得到稳定的细水柱 所以选B 变式1 多选 在 研究平抛运动 实验中 测平抛运动的初速度时产生误差 与误差无关的是 AF A 弧形槽与球
5、间有摩擦B 弧形槽末端切线不水平C 小球受空气阻力D 小球每次自由滚下的初始位置不同E 实验所用小球为轻质小球F 坐标原点不在抛出点 解析只要让小球从同一高度 无初速度开始运动 即使球与槽之间存在摩擦力 也能保证小球做平抛运动的初速度相同 因此 弧形槽与球间有摩擦不会造成实验误差 故A符合题意 当斜槽末端切线不水平时 小球脱离槽口后并非做平抛运动 所以会有误差产生 故B不符合题意 小球受空气阻力 导致其在水平方向上不是匀速运动 所以会产生误差 故C不符合题意 若小球每次自由滚下的初始位置不同 则平抛轨迹不同 在确定平抛轨迹上的点时 会产生误差 故D不符合题意 实验小球为轻质小球 空气阻力对小球
6、影响较大 对初速度有影响 故E不符合题意 只要小球做平抛运动 可根据描出的轨迹求初速度 与坐标原点的选择无关 故F符合题意 变式2在 研究平抛运动 实验中 让钢球在斜槽轨道上由静止开始滑下 通过槽口后做平拋运动 记录运动轨迹上的一个位置 让钢球再次从斜槽轨道上滑下 再次记录运动轨迹上的另一个位置 经过多次操作得到钢球所经过的多个位置 连起来得到钢球做平抛运动的轨迹 1 下列说法正确的是 A 斜槽末端必须水平B 钢球与斜槽轨道间的摩擦力一定要小到可忽略不计C 不必保证钢球每次都从轨道上同一位置滑下 2 某次实验中 由于斜槽末端到竖直墙壁的距离较近 钢球从槽口拋出后做平抛运动 击中了墙壁上的某点P
7、 如图所示 现测得槽口到竖直墙壁的距离为x P点与槽口末端的高度差为H 钢球直径为D 钢球直径相对于水平位移不可忽略 重力加速度为g 则此次实验中钢球做平抛运动的水平位移为 离开槽口时的初速度大小为 答案 1 A 2 x 考点二实验数据处理与误差分析 1 判断曲线是否是抛物线 1 代数计算法 将所测量的各个点的x y坐标分别代入y ax2 看计算得到的a值在误差允许的范围内是否是一个常数 2 图像法 建立y x2坐标系 根据所测量的各个点的x y坐标值分别计算出对应的y值和x2值 在y x2坐标系中描点 拟合各点看是否在一条直线上 求出该直线的斜率即为a值 2 求平抛运动的初速度若抛出点已知
8、则只需读出小球从原点到某时刻所处位置的水平位移x和竖直位移y 代入v0 x求出初速度 若抛出点未知 但已知相邻记录点间的时间间隔均为T 可以在竖直方向根据匀加速直线运动的规律 由 y gT2求得T 再在水平方向根据匀速直线运动规律 由v0 求得初速度 3 误差分析 1 斜槽末端没有调水平 小球离开斜槽后不做平抛运动 2 确定小球运动的位置时不准确 3 量取轨迹上各点坐标时不准确 例2用如图所示的装置完成 研究平抛运动 的实验 1 除了木板 小球 斜槽 铅笔 图钉之外 下列器材中还需要 填选项前字母 A 打点计时器B 停表C 重垂线D 天平E 弹簧测力计 2 多选 下列关于本实验的说法中正确的是
9、 A 斜槽末端可以不水平B 建立坐标系时 应该用重垂线确定y轴C 应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止滑下D 在描绘小球运动的轨迹时 应该用一条折线把所有的点都连接起来 3 某同学根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的一段运动轨迹 图中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表0 1m 小球在运动 过程中的几个位置如图中的a b c所示 则小球从a运动到b所用的时间t s 小球做平抛运动的初速度v0 m s g取10m s2 答案 1 C 2 BC 3 0 12 解析 1 还需要重垂线 确保小球抛出后在竖直面内运动 C正确 2 斜槽末端不水平 小球初速度将不会沿水平方向 不做平抛运动 A错误
10、建立坐标系时 应该用重垂线确定y轴 B正确 应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止滑下 使其到达斜槽末端时的初速度相等 平抛运动的轨迹相同 C正确 在描绘小球运动的轨迹时 应用平滑曲线连接各点 D错误 3 根据 y gT2 由题图可得T s 0 1s 则初速度v0 m s 2m s 变式3图1是 研究平抛物体运动 的实验装置图 通过描点画出小球的平抛运动轨迹 1 多选 以下是实验过程中的一些做法 其中合理的有 a 安装斜槽轨道 要使其末端保持水平b 每次释放小球的初始位置可以任意选择c 每次应从同一位置由静止释放小球d 为描出小球的运动轨迹 描绘的点可以用折线连接 2 实验得到小球的平抛运动轨迹
11、 在轨迹上取一些点 以平抛起点O为坐标原点 测量它们的水平坐标x和竖直坐标y 图2中y x2图像能说明小球平抛运动轨迹为抛物线的是 图2 3 图3是某同学根据实验画出的小球平抛运动的轨迹 O为平抛的起点 在轨迹上任取三点A B C 测得A B两点竖直坐标y1为5 0cm y2为45 0cm A B两点水平间距 x为40 0cm 则小球的初速度v0为m s 若C点的竖直坐标y3为60 0cm 则小球在C点的速度vC为m s 结果保留两位有效数字 g取10m s2 考点三实验拓展与实验创新 例3某同学设计了一个探究平抛运动特点的实验装置 如图所示 在水平桌面上固定放置一个斜面 把桌子搬到竖直墙的附
12、近 把白纸和复写纸附在墙上 第一次让桌子紧靠墙壁 从斜面上某一位置由静止释放钢球 在白纸上得到痕迹A 以后每次将桌子向后移动相同的距离x 每次都让钢球从斜面的同一位置滚下 重复以上的操作 依次在白纸上留下痕迹A B C D 测得BC CD间的距离分别为y1和y2 1 为了完成实验 除了题中和图中所示的器材外 还必须用到以下哪个器材 A 秒表B 刻度尺C 天平 2 小钢球离开水平桌面时的速度是 用g x y1和y2表示 答案 1 B 2 x 解析在竖直方向上 根据 y gT2 得T 则小钢球离开水平桌面的速度v0 x 可知还需要的器材是刻度尺 变式4某物理实验小组利用如图所示装置测量小球做平抛运
13、动的初速度 在地面上沿抛出的速度方向水平放置一把刻度尺 让悬挂在抛出点处的重锤的投影落在刻度尺的零刻度线处 则利用小球在刻度尺上的落点位置 就可以直观地得到小球做平抛运动的初速度 下列各图表示四位同学在刻度尺旁边分别制作出的速度标尺 图中P点为重锤的投影位置 其中正确的是 解析设小球做平抛运动的竖直位移为h 由h gt2 得t 在水平方向有x v0t 得v0 即平抛运动的水平位移x v0 可见x与v0成正比 在速度标尺上的速度值应该是均匀分布的 选项A正确 变式5假设未来在一个未知星球上用如图甲所示的装置研究平抛运动的规律 悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝 当悬线摆至电热丝处时会轻易被
14、烧断 小球由于惯性将向前飞出做平抛运动 现采用频闪数码照相机连续拍摄小球 在有坐标纸的背景屏前 拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片 经合成后 得到的照片如图乙所示 a b c d为连续四次拍下的小球位置 已知照相机每隔0 10s闪拍一次 照片大小如图中坐标所示 又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1 4 则 1 由以上信息 可知a点 选填 是 或 不是 小球的抛出点 2 由乙图信息 可以推算出该星球表面的重力加速度为m s2 3 由乙图信息 可以算出小球做平抛运动的初速度是m s 4 由乙图信息 可以算出小球在b点时的速度是m s 此空保留3位有效数字 答案 1 是 2 8 3 0 8 4 1 13 解析 1 因为竖直方向上连续相等时间内的位移之比是1 3 5 7 符合初速度为零的匀变速直线运动特点 由此可知小球在a点时的竖直分速度为零 a点是小球的抛出点 2 该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1 4 可得乙图中一个小方格的边长代表的实际长度l 4cm 竖直方向上有 y 2l g T2 解得g m s2 8m s2 3 小球在水平方向做匀速直线运动 v0 m s 0 8m s 4 小球在b点时的竖直分速度vyb m s 0 8m s 则小球在b点时的速度vb 0 8m s 1 13m s
