2025届新教材高考物理一轮复习第四章曲线运动万有引力与航天实验5探究平抛运动的特点学案新人教版VIP

PAGE8-试验5探究平抛运动的特点必备学问预案自诊一、试验目的1.学会用试验的方法探究平抛运动的特点。2.驾驭描迹法、频闪照相法等探究试验的常用方法。3.能设计不同的试验方案,并对方案进行可行性论证,依据学校现有条件,选择最优方案。4.能获得信息,通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。二、试验思路1.提出问题平抛运动是曲线运动,速度和位移的大小和方向时刻在发生改变。这个困难的曲线运动有什么规律呢?能否分解为两个简洁的直线运动?2.科学猜想由于物体是沿水平方向抛出的,在运动过程中只受重力作用。因此平抛运动可能是水平方向和竖直方向分运动的合成。那么只要探讨出这两个分运动的特点,平抛运动的规律就清晰了。三、进行试验方案一:利用频闪照相法探究平抛运动的特点数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片,将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线,便得到小球的运动轨迹,由于相邻两帧照片间的时间间隔相等,只要测出相邻两帧照片上小球位置间的水平距离和竖直距离,就很简洁推断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。1.数据处理(1)建立以抛出点为坐标原点,以小球水平抛出时的初速度方向为x轴正方向,以竖直向下为y轴正方向的直角坐标系。(2)测出相邻两帧照片中小球移动的水平距离和竖直距离。(3)依据水平位移和竖直位移随时间改变的详细数据分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。2.结果分析水平方向的分运动是匀速直线运动,竖直方向的分运动是自由落体运动。方案二:利用描迹法探究平抛运动的特点1.试验器材小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。2.试验步骤试验装置如图所示。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整的倾斜挡板N,钢球飞出后,落到挡板上。试验前,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,在白纸上留下印迹。上下调整挡板N,通过多次试验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最终,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。3.留意事项(1)应保持斜槽末端的切线水平,钉有坐标纸的木板竖直,并使小钢球运动时靠近坐标纸但不接触。(2)小钢球每次必需从斜槽上同一位置无初速度滚下,在斜槽上释放小钢球的高度应适当,使小钢球以合适的水平初速度抛出,其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布,从而减小测量误差。(3)坐标原点(小钢球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点。方案三:用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹见新教材人教版必修其次册P12拓展学习。关键实力学案突破考点一教材原型试验甲【典例1】(2024安徽阜阳高三月考)用如图甲所示装置探讨平抛运动,将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上,钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点水平飞出,落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。(1)(多选)下列试验条件必需满意的有;

A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末段水平C.挡板高度等间距改变D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)为定量探讨,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点;

若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则y1y2

13(选填“>”“=”或“<”),可求得钢球平抛的初速度大小为乙考点二试验的改进与创新【典例2】某同学设计了一个探究平抛运动的试验。试验装置示意图如图所示,A是一块平面木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0'、P1P1'…),槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。试验时依次将B板插入A板的各插槽中,每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中并同时向内侧平移距离d。试验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如图所示。(1)试验前应对试验装置反复调整,直到斜槽。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了。

(2)每次将B板向内侧平移距离d,是为了。

(3)在图中绘出小球做平抛运动的轨迹。对应演练迁移应用1.(2024湖北咸宁月考)(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点:①水平方向做匀速直线运动;②竖直方向做自由落体运动。如图所示为探讨平抛运动的试验装置,现把两个小铁球分别吸在电磁铁C、E上,然后切断电磁铁C的电源,使电磁铁C上的小铁球从轨道A射出,并在射出时遇到碰撞开关S,使电磁铁E断电释放它吸着的小铁球,两铁球同时落到地面。这个试验。

A.只能说明上述规律中的第①条B.只能说明上述规律中的第②条C.不能说明上述规律中的任何一条D.能同时说明上述两条规律(2)如图所示为一小球做平抛运动的闪光照相照片的一部分,图中背景方格的边长均为5cm。假如g取10m/s2,那么:闪光频率是;小球运动中水平分速度是;小球经过B点时的速度是。

2.(2024四川彭州月考)图甲是“探讨平抛运动的特点”的试验装置图。(1)试验前应对试验装置反复调整,直到斜槽末端切线。每次让小球从同一位置由静止释放,是为了每次平抛的。

(2)图乙是正确试验取得的数据,其中O为抛出点,g取9.8m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为m/s。

3.(2024黑龙江哈尔滨高二检测)在做“探讨平抛运动”的试验中,为了确定小球在空中不同时刻的位置,用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,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;再将木板远离槽口平移距离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;再将木板远离槽口平移距离x,使小球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y1=5.00cm,B、C间距离y2=14.80cm。(g取9.80m/s2)(1)每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的缘由是:;

(2)依据以上干脆测量的物理量来求得小球初速度的表达式为v0=;(用题中所给字母表示)

(3)小球初速度的值为v0=m/s。(结果保留两位小数)

4.如图所示,某物理爱好小组将“探讨平抛运动”的试验装置改装后用来测量当地的重力加速度。在轨道的水平部分加装光电门,以测量小球平抛的初速度v0;固定轨道,测量轨道末端的离地高度,即小球平抛的竖直位移h;测量小球从轨道的不同位置释放后平抛的水平位移x,多次计算小球的运动时间,求平均值以获得小球的运动时间t;利用运动学公式计算当地的重力加速度。(1)(多选)关于试验误差的以下说法中,正确的是;

A.小球和轨道间的摩擦是造成系统误差的缘由之一B.小球平抛运动过程中受到的空气阻力是造成系统误差的缘由之一C.轨道末端未调水平是造成偶然误差的缘由之一D.试验中测量长度时的读数误差属于偶然误差(2)该小组试验中测得h=0.420m,v0和x的测量值如下表所示:v0(m/s)0.7411.0341.3181.584x(cm)21.730.338.646.4则得到当地的重力加速度为g=m/s2。(结果保留两位小数)

试验5探究平抛运动的特点关键实力·学案突破典例1答案(1)BD(2)球心>xg解析(1)通过步骤理解试验原理和方法,限制试验条件,确保平抛的初速度大小肯定、方向水平,只要小球无初速度等高释放,由动能定理知,到斜槽末端速度大小肯定,和斜槽是否光滑无关;描出的运动轨迹和挡板高度是否等间距改变无关,故选B、D。(2)为了凸显探讨质点的运动,应当体现球心,所以选球心为原点;由水平间距相等,知时间相等,若初速度为零,则竖直间距之比应当是1∶3,而A点不是抛出点,故比值应大于13,填写“>由x=v0t,y2-y1=gt2,可得v0=xgy典例2答案(1)末端水平保持小球水平抛出的初速度相同(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同(3)解析平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。试验前应对试验装置反复调整,直到斜槽末端水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了保持小球水平抛出的初速度相同。每次将B板向内侧平移距离d,是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。对应演练·迁移应用1.答案(1)B(2)10Hz1.5m/s2.5m/s解析(1)两球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动的规律相同,该试验不能得出平抛运动在水平方向上的运动规律。故选B。(2)在竖直方向上有Δh=gT2,其中Δh=(5-3)×5cm=10cm=0.1m,代入求得T=0.110s=0.1s,则f=水平方向匀速运动,有s=v0t,其中s=15cm=0.15m,t=T=0.1s,代入解得v0=0.150.1依据匀变速直线运动中,时间中点的瞬时速度等于该过程的平均速度,在B点有vBy=hAC2T=0.40.2m/s=2m/s,所以B2.答案(1)水平初速度相同(2)1.6解析(1)为了保证小球的初速度水平,斜槽末端应切线水平,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了每次平抛的初速度相同。(2)分析题图乙,O点为抛出点,取坐标点x=32.0cm=0.32my=19.6cm=0.196m在竖直方向上y=12gt水平方向上x=v0t代入数据解得小球的初速度v0=1.6m/s3.答案(1)保证小球每次做平抛运动的初速度相同(2)xgy2-y解析(1)每次从斜槽上紧靠挡板处由静止释放小球,是为了使小球离开斜槽末端时有相同的初速度;(2)平抛运动在水平方向上为匀速直线运动,则小球从A到B和从B到C运动时间相等,设为T;竖直方向由匀变速直线运动推论有y2-y1=gT2,且v0T=x,解得v0=xgy(3)小球初速度的值为v0=x