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1、2021高考物理一轮复习 第4章 曲线运动 万有引力与宇宙航行 实验5 探究平抛运动的特点学案2021高考物理一轮复习 第4章 曲线运动 万有引力与宇宙航行 实验5 探究平抛运动的特点学案年级：姓名：- 14 -实验五探究平抛运动的特点探究平抛运动的特点。根据运动的合成与分解原理，平抛运动可看做沿竖直方向和水平方向的两个分运动的合运动。在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律。(1)探究平抛运动竖直分运动特点的实验器材：小锤一个、两个相同的小铁球、平抛竖落仪一个。(2)探究平抛运动水平分运动特点的实验器材：斜槽、钢球、白纸、复写纸、铅垂线、铅笔、平
2、抛铁架台(有背板及水平放置的可上下调节的挡板)。1探究平抛运动竖直方向的运动特点如图甲所示，用小锤打击弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，同时B球被松开，自由下落。A、B两球同时开始运动。观察两球哪个先落地。改变小球距地面的高度和打击的力度，重复这个实验。实验时，也可以用耳朵“听”来判断两球落地时刻的先后。2探究平抛运动水平方向的运动特点在图乙所示的装置中，斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印
3、迹。上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。1平抛运动竖直方向的运动特点观察发现，A、B两球同时落地。改变小球距地面的高度和打击的力度，重复实验时，两球在空中的运动时间和A球的水平初速度大小发生改变，但A、B两球总是同时落地。说明A球在竖直方向的运动与B球完全相同，平抛运动在竖直方向的运动为自由落体运动。2平抛运动水平方向的运动特点以小球出槽口时球心在白纸上的投影点为坐标原点，以水平方向为x轴，以竖直方向为y轴，建立坐标系。因为竖直分运动为自由落体运动，所以从起点开始，相邻相等时间间隔的位移之比为1359，
4、据此可确定相等的时间间隔小球所在的位置，在x轴上从O点起，量出相等时间间隔内的水平位移，可知各段位移相等，故平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动。3平抛运动的特点由实验探究可知，平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。1A、B两球由于不完全相同，因而在空中所受阻力不同，产生误差。2探究平抛运动竖直方向的运动特点时，用小锤击打弹性金属片时，A球不能完全水平飞出，B球不能立即被松开、同时下落，产生误差。3安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动，产生误差。4建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确，产生误差。5小球每次自
5、由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。6确定小球运动的位置时不准确，会导致误差。7量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。1用小锤水平击打在弹性金属片中央位置，确保A球能够沿水平方向飞出。2调节好平抛竖落仪，确保用小锤击打弹性金属片的同时B球被松开，自由下落。3A、B两小球选择体积小、质量大，大小、材料、质量完全相同的小球。4确保A、B两球运动前高度相同，且落到同一水平面上。5调节铁架台，通过观察铅垂线，使铁架台底座水平，从而使挡板N水平，背板在竖直面内。6斜槽的末端必须调节水平。7钢球必须从同一位置滚下。8钢球应选比较小的，使记录的位置尽量准确。考点细研 悟法培优考点1实验原理与实验
6、操作例1(2019云南玉溪一中高三下学期五调)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)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片，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的末端可看做与光滑的水平板相切(水平板足够长)，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、
7、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的末端射出。实验可观察到的现象是_。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。(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图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L2.5 cm，则由图可求得该小球做平抛运动的初速度大小为_ m/s。(保留两位有效数字，g取10 m/s2)尝试解答(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_(3)1.0(1)在打击金属片时，两小球分别做平抛运动与自由落体运动，结果同时落地，则说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。(2)两球在水平方向的运动是相
8、同的，则在相同的时间内水平位移相同，则实验可观察到的现象是：P球击中Q球。(3)平抛运动可分解为竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动，在竖直方向，由hgt2可得：t s0.05 s；在水平方向，由xv0t得：v0 m/s1.0 m/s。变式1(2019北京西城一模改编)采用如图1所示的装置可以研究平抛运动。图2是确定小球位置的硬纸片的示意图，带有一大一小两个孔，大孔宽度与做平抛运动的小球的直径d相当，可沿虚线折成图1中的样式，放在如图1中的多个合适位置，可用来确定小球的运动轨迹。已知重力加速度为g。(1)已备有器材：有孔的硬纸片、坐标纸、图钉、长方形平木板、铅笔、三角板、刻度尺、弧形
9、斜槽、小球、铁架台(含铁夹)，还需要的一种实验器材是_。A秒表 B天平C重垂线 D弹簧测力计(2)关于本实验的一些说法，正确的是_。A斜槽必须是光滑的，且每次释放小球的初位置相同B应该将斜槽轨道的末端调成水平C以斜槽末端紧贴着槽口处作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点OD为使所描曲线与小球运动轨迹吻合，应将所有通过硬纸片确定的点都用直线依次连接(3)判断所描绘曲线是否为抛物线是本实验的目的之一。若某同学实验得到的平抛运动的轨迹是图3所示的曲线，图中的O点是小球做平抛运动的起点。可用刻度尺测量各点的x、y坐标，如P1的坐标(x1，y1)、P2的坐标(x2，y2)、P3的坐标(x3，y3)等
10、。怎样通过这些测量值来判断这条曲线是否为一条抛物线？请简述判断的方法：_。答案(1)C(2)B(3)令yax2，代入实验所得各点的坐标值求出一系列a，看在误差允许范围之内，a是否相等(或按照实验所得各点的坐标值，描绘yx2图象，观察在误差允许范围之内，是否为一条直线解析(1)在做“研究平抛物体的运动”实验时，还需要重垂线确定竖直方向，使坐标纸在竖直面内且方格线沿竖直或水平方向，故C正确。(2)为了使小球平抛运动的初速度相同，小球必须从斜槽上相同的位置自由滚下，但斜槽轨道不一定需要光滑，故A错误。为了使小球做平抛运动，斜槽轨道的末端必须水平，故B正确。小球平抛运动的起点和所建坐标系的原点O应该是
11、小球开始静止在斜槽末端时小球球心所在的位置，故C错误。为了减小误差，且使曲线与小球运动轨迹吻合，应舍去误差较大的点，用平滑的曲线连成轨迹，故D错误。(3)方法一：根据二次函数的特点，令yax2，代入实验所得各点的坐标值求出一系列a，看在误差允许范围之内，a是否相等，则可判断实验所得的曲线是否是一条抛物线。方法二：按照实验所得各点的坐标值，描绘yx2图象，观察在误差允许范围之内，是否为一条直线，则可判断该实验曲线是否是一条抛物线。考点2数据处理与误差分析例2(2019重庆二模改编)(1)已知理想的平抛运动在水平方向和竖直方向的位移分别为x和y，则其初速度大小v0_。在实际的平抛运动实验探究中，也
12、利用上述关系式计算初速度，那么计算的初速度误差与x、y的大小选取_(选填“有关”或“无关”)。(2)某同学在“探究平抛运动”的实验中，在白纸上记录了竖直方向，并作出小球平抛轨迹的部分拟合图线，但是没有记录平抛运动的起点，于是该同学以这段图线的起点作为坐标原点O，竖直向下方向为y轴正向，建立直角坐标系xOy，如图所示，在图线上标注a、b两点，用刻度尺测得其坐标a(x0，y1)、b(2x0，y2)，已知当地重力加速度为g，不计空气阻力，则可确定：小球由O运动到b点的时间t_；平抛运动的初速度大小v0_。尝试解答(1)x有关(2)2x0(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，有ygt2，平抛运动的
13、水平分运动为匀速直线运动，有xv0t，联立可得平抛初速度v0x；用两坐标值x、y计算初速度，选取的数值较大，会使测量误差减小，故计算的初速度误差与x、y的大小选取有关。(2)由于Oa、ab水平位移相等，所以其时间间隔相同，设为t0，由平抛运动规律得：x0v0t0，y22y1gt，t2t0，联立解得：t2，v0x0。变式2(2019江西上饶重点中学六校高三第一次联考)宇航员登陆某星球做了一个平抛运动实验，并用频闪照相机记录小球平抛运动的部分轨迹，且平抛初速度为5 m/s。将相片放大到实际大小后在水平方向和竖直方向建立平面直角坐标系，小球在A、B和C点的坐标分别为(0 m,0 m)、(0.50 m
14、,0.25 m)和(1.00 m,0.75 m)。那么(1)频闪照相机的频闪频率为_ Hz。(2)该星球表面的重力加速度为_ m/s2。(3)小球开始做平抛运动的初始位置坐标为x_ m，y_ m。答案(1)10(2)25(3)0.250.03125解析(1)频闪照相机的频闪周期T0.1 s，则频闪频率为f10 Hz。(2)根据ygT2可得g m/s225 m/s2。(3)B点的竖直速度vBy m/s3.75 m/s，则抛出点到B点的竖直距离：h m0.28125 m，从开始到达B点的时间tB s0.15 s，则抛出点的纵坐标y(0.281250.25) m0.03125 m，抛出点的横坐标为x(v0tBxB)(50.150.50) m0.25 m。考点3实验创新设计1创新情景2创新解读(1)实验过程创新：用喷水法、频闪照相法等获取平抛轨迹或处理实验数据。(2)实验目的创新：利用平抛运动的规律来探究或验证其他物理规律。例3(2019河北衡水中学高三二调)在做“研究平抛运动”的实验中，为了测量小球平抛运动的初速度，实验用如图所
