第十三章-实验4研究平抛运动

实验4：研究平抛运动浙江选考总复习过好双基关研透命题点内容索引NEIRONGSUOYIN过好双基关01平抛运动可以看作是两个分运动的合运动：一个是水平方向的匀速直线运动，另一个是竖直方向的自由落体运动.令小球做平抛运动，利用描点法描出小球的运动轨迹，即小球做平抛运动的曲线，建立坐标系.实验原理一1.实验装置图：如图1所示，实验装置图及器材二图12.器材：斜槽、小球、木板、坐标纸、图钉、重垂线、直尺、三角板、铅笔等.1.安装斜槽轨道，使其末端保持水平.2.将坐标纸固定在木板上，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向.3.以斜槽水平末端端口上小球球心在木板上的水平投影点为坐标原点O，过O点沿重垂线画出竖直的y轴，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系.4.让小球从斜槽上适当的高度由静止释放，用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置.实验过程三5.重复步骤4，在坐标纸上记录多个位置.6.在坐标纸上作出x轴，用平滑的曲线连接各个记录点，得到平抛运动的轨迹.7.在轨迹上取几个点，使这些点在水平方向间距相等，研究这些点对应的纵坐标y随时间变化的规律.注意事项四1.斜槽末端的切线必须水平.2.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，应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点.4.每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始滚下.5.在平抛轨迹上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小.02研透命题点例1

(2019·北京卷·21)用如图2所示装置研究平抛运动.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)下列实验条件必须满足的有_____.A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末段水平C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球BD图2解析因为本实验是研究平抛运动，只需要每次实验都能保证钢球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证钢球从同一高度无初速度释放并水平抛出，没必要要求斜槽轨道光滑，因此A错误，B、D正确；挡板高度可以不等间距变化，故C错误.(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系.a.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”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时______(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行.球心需要解析因为钢球做平抛运动的轨迹是其球心的轨迹，故将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点)；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行.b.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3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

______(选填“大于”“等于”或者图3大于“小于”).可求得钢球平抛的初速度大小为____________(已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示).解析由于平抛的竖直分运动是自由落体，故相邻相等时间内竖直方向上位移之比为1∶3∶5…，故两相邻相等时间内竖直方向上的位移之比越来越大.(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是_____.A.用细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，

即可得到平抛运动轨迹C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平

抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹AB解析将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于铅笔受摩擦力作用，且不一定能始终保证铅笔水平，铅笔将不能始终保持垂直白纸板运动，铅笔将发生倾斜，故不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹，故C不可行，A、B可行.(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样.这实际上揭示了平抛物体___.A.在水平方向上做匀速直线运动B.在竖直方向上做自由落体运动C.在下落过程中机械能守恒B解析从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，可认为做平抛运动，因此不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样，这实际上揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动，故选项B正确.(5)牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星.同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因.答案物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力——重力，做平抛运动；随着物体初速度增大，运动范围变大，引力不能再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成为地球卫星解析物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力——重力，做平抛运动，例如(4)中从同一炮台水平发射的炮弹做平抛运动；随着物体初速度增大，运动范围变大，引力不能再看作恒力，当物体初速度达到第一宇宙速度时，将做圆周运动而成为地球卫星.变式1在“研究平抛运动”实验中，(1)图4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点时的____.A.球心

B.球的上端

C.球的下端在此实验中，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.用平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图4BBD解析因用铅笔标注小球最高点来确定平抛运动轨迹，故坐标原点应选小球在斜槽末端点时的球的上端，所以选B.实验过程中，斜槽不一定光滑，只要能够保证从同一位置由静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，选项A错误；记录的点适当多一些，能够保证描点平滑，选项B正确；作图时，要使尽可能多的点在所作曲线上，不在曲线上的点应尽可能均匀分布在所作曲线两侧，选项C错误；y轴必须是竖直方向的，即用重垂线确定，选项D正确.(2)图5是利用实验装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是____.A.释放小球时初速度不为0B.释放小球的初始位置不同C.斜槽末端切线不水平图5C解析由题图可知斜槽末端切线不水平，才会造成小球做斜抛运动，故选C.(3)下图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____.B解析插入瓶中的另一根吸管使得吸管上出口处压强与外界气压相等，目的就是为了保证水流流速不受瓶内水面下降而减小，能保证水面下降的一段时间内，得到稳定的细水柱，所以选B.变式2用如图6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、白纸之外，下列器材中还需要的是____.A.打点计时器 B.秒表C.重垂线 D.天平E.弹簧测力计C解析还需要重垂线，用于确定y轴，C正确.图6(2)下列关于本实验的说法中正确的是____.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BC解析斜槽末端保持水平，使得小球离开斜槽后做平抛运动，A错误；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，使得到达斜槽末端时的初速度相同，平抛运动的轨迹相同，C正确；在描绘小球运动的轨迹时，用平滑曲线连接，D错误.(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