5.3试验：研究平抛运动

第五章曲线运动第3节实验：研究平抛运动【基础知识过关篇】【知识清单】1．描绘平抛运动的轨迹常用的有以下几种方法：(1)利用实验室的斜面小槽等器材．钢球从斜槽上滚下，冲过水平槽飞出后做__________运动，每次钢球都应从斜槽上的____________滚下．用铅笔描出小球经过的________．通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球所经过的________，连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹．(2)用细水柱显示平抛运动的轨迹．水从________的管口喷出，在空中形成弯曲的细水柱，设法把细水柱所显示的________运动的轨迹描在纸上．(3)用________相机或________摄像机记录平抛运动的轨迹．2．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线的方法：用刻度尺测量某点的x、y两个坐标，代入________，求出a的数值，再选取其他的点，进一步求a的______，若求得的结果相同，则说明平抛运动的轨迹是__________．3．利用描迹法描出小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，根据公式：x＝__________和y＝________，就可求得v0＝x g2y，即为小球做平抛运动的初速度．4.图5-3-9所示为频闪摄影方法拍摄的研究物体平抛运动规律的照片，图中A、B、C为三个同时由同一点出发的小球，AA′为A球在光滑水平面上以速度v运动的轨迹；BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹；CC′为C球自由下落的运动轨迹，通过分析上述三条轨迹可得出结论：___________________________________________________________________________________________________.图5-3-95．在做“研究平抛运动”的实验时，可以通过描点法画出小球的平抛运动轨迹，并求出平抛运动的初速度．实验装置如图1所示．图1(1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查木板是否水平，请简述你的检查方法：____________________________________.(2)关于这个实验，以下说法正确的是()A．小球释放的初始位置越高越好B．每次小球要从同一高度由静止释放C．实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖直线是否竖直D．小球的平抛运动要靠近但不接触木板【基础过关】1．安装实验装置的过程中，斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是( ) A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小B．保证小球飞出时，初速度水平C．保证小球在空中运动的时间每次都相等D．保证小球运动的轨迹是一条抛物线2.在“研究平抛运动”的实验中,如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,则下列说法中错误的是（）A.小球平抛的初速度不同B.小球每次做不同的抛物线运动C.小球在空中运动的时间每次均不同D.小球通过相同的水平位移所用时间均不同3.在“研究平抛运动”实验中,小球做平抛运动的坐标原点位置是（设小球半径为r）（）A.斜槽口末端O点B.槽口O点上方r处C.槽口O点正前方r处D.槽口O点正上方2r处4.在做“研究平抛运动”实验中，引起实验误差的原因是（）①安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平②确定O y轴时，没有用重垂线③斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦④空气阻力对小球运动有较大影响A.①③B.①②④C.③④D.②④5.下列哪些因素会使“研究平抛运动”实验的误差增大（）A.小球与斜槽之间有摩擦B.安装斜槽时其末端不水平C.建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点D.根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较远6．在用斜槽轨道做“研究平抛运动的规律”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹．为了能够较准确地描出其运动轨迹，下面列出了一些操作要求，其中正确的是( )A．通过调节斜槽使其末端切线水平B．每次释放小球的位置可以不同C．每次必须由静止释放小球D．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触7．在研究平抛运动实验中，为减小空气阻力对小球运动的影响，应采用( )A．实心小铁球B．空心小铁球C．实心小木球D．以上三种小球都可以8．用描迹法探究平抛运动的规律时，应选用下列各组器材中的哪一组( )A．铁架台，方木板，斜槽和小球，秒表，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片B．铁架台，方木板，斜槽和小球，天平和秒表，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片C．铁架台，方木板，斜槽和小球，千分尺和秒表，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片D．铁架台，方木板，斜槽和小球，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片9．在做“探究平抛运动”的实验时，让小球多次从同一高度释放沿同一轨道运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹．为了能较准确地描绘运动轨迹．下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上__________．A．调节斜槽的末端保持水平B．每次释放小球的位置必须不同C．每次必须由静止释放小球D．记录小球位置用的木条(或凹槽)每次必须严格地等距离下降E．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线10.如下图所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端(末端水平)时撞开轻质接触式开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地，该实验现象说明了A球在离开轨道后( )A．水平方向的分运动是匀速直线运动B．水平方向的分运动是匀加速直线运动C．竖直方向的分运动是自由落体运动D．竖直方向的分运动是匀速直线运动【能力提高篇】【举一反三】1.如图3所示，A、B是两块竖直放置的薄纸片，子弹以水平速度穿过A后再穿过B，在两块纸片上穿的两个洞高度差为h，A、B间水平距离为L，则子弹穿过A时的速度是：__________.图32．图4甲是研究平抛运动的实验装置图，图乙是实验后在白纸上作的图和测得的数据．图4(1)图乙上标出了O点及Ox、Oy轴，请说明这两条坐标轴是如何作出的；(2)说明判断槽口切线是否水平的方法；(3)实验过程中需经过多次释放小球才能描绘出小球运动的轨迹，进行这一实验步骤时应注意什么？(4)根据图乙给出的数据，计算此平抛运动的初速度v0.3.图5试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射初速度”的实验方案．提供的实验器材为弹射器(含弹丸，见图5)、铁架台(带有夹具)、米尺．(1)画出实验示意图；(2)在安装弹射器时应注意________________________________；(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)为______________；(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是________________________________________________________________________；(5)计算公式为_________________________________________________．4．如图6所示，用底部带孔的玻璃试管和弹簧可以组装一个简易“多功能实验器”，利用该实验器，一方面能测弹簧的劲度系数，另一方面可测量小球做平抛运动的初速度．图6(1)用该装置测量弹簧劲度系数k时需要读出几次操作时的________________和________________，然后由公式____________________求出k的平均值．(2)使用该装置测量小球的初速度时，需要多次将弹簧的右端压到______(填“同一”或“不同”)位置．然后分别测出小球几次飞出后的____________和________________，再由公式________________求出初速度的平均值．5．在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝1.25cm，若小球在平抛运动中的几个位置如下图中的a、b、c、d所示，则小球的初速度的计算公式为v0＝__________，(用L、g表示)，其值是__________(取g＝9.8m/s2)．6.某同学做平抛运动实验时，在白纸上只画出了表示竖直向下方向的Y轴和平抛物体运动轨迹的后一部分，而且漏标了抛出点的位置，如图所示.这位同学希望据此图能测出物体的初速度，请你给他出出主意：（1）简要说明据此图测定该物初速度的方法________.（2）需要增加的测量工具有_____________________.（3）用测量出的物理量表示测量的结果：v0=______________7.如图所示，为一平抛物体运动的闪光照片示意图，照片与实际大小相比缩小10倍.对照片中小球位置进行测量得：1与4闪光点竖直距离为1.5 cm，4与7闪光点竖直距离为2.5 cm，各闪光点之间水平距离均为0.5 cm.则(1)小球抛出时的速度大小为多少?(2)验证小球抛出点是否在闪光点1处，若不在，则抛出点距闪光点1的实际水平距离和竖直距离分别为多少?(空气阻力不计，g＝10 m/s2)8.某同学设计了一个研究平抛运动的实验，实验装置示意图如图5-3-13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P0P′0、P1P′1…），槽间距离均为d.把覆盖了复写纸的白纸铺贴在硬板B上.实验时依次将B板插入A板各插槽中,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纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点,如图5-3-14所示.图5-3-13（1）实验前应对实验装置反复调节,直到_______,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了____________.图5-3-14（2）每次将B板向内侧平移距离d,是为了_____________.（3）在图5-3-14中绘出小球做平抛运动的轨迹.【知识清单】参考答案1．(1)平抛同一位置位置位置(2)水平平抛(3)数码数码2．y＝ax2值抛物线3．v0t 12gt24.做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动（或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）5．(1)将小球放在槽的末端任一位置(或木板上)，看小球能否静止(或用水平仪检查木板是否水平)(2)BCD解析(1)小球放在槽的末端任一位置都静止，说明末端切线水平．(2)下落高度越大，初速度越大，一是位置不好用眼捕捉观察估测，二是坐标纸上描出的轨迹图线太靠上边，坐标纸利用不合理，A错误；每次从同一高度释放，保证小球每次具有相同的水平速度，B正确；木板要竖直且让球靠近但不接触木板，以减少碰撞和摩擦，C、D 正确．【基础过关】参考答案1.解析：平抛运动初速度的大小不是由斜槽末端是否水平决定的，而是由小球释放点到斜槽水平端的竖直高度决定的，故A不正确；研究平抛物体的运动，旨在弄清物体在水平和竖直两个方向上怎样运动，必须保证小球抛出时速度是水平的，并非要研究小球在空中运动的时间，故B正确，C不正确；无论小球飞出的初速度是水平还是倾斜的，其运动轨迹都是一条抛物线，故D不正确．答案：B2.解析：选C.从不同位置滚下也就是小球做平抛运动的初速度不同,A、B对.竖直方向上斜槽末端端口离地高度未变,小球在空中运动的时间应相同,综合起来D对,应选C.3.解析：选B.以小球离开斜槽时重心的位置当作原点最适合.4.解析：选B.斜槽末端切线方向不水平，小球做的不是平抛运动，确定Oy轴时，不用重垂线，不能保证Oy轴竖直，这两点均将造成实验结果不准确，引起实验误差;斜槽有摩擦时，减小了小球到达斜槽末端的速度，但只要保证小球每次从同一位置滚下，到达斜槽末端做平抛运动的初速度相同，就不会对实验结果产生影响;空气阻力对小球有较大影响时，小球的运动不再是平抛运动，引起实验误差.5.解析：选BC.从本实验的实验目的来看，就是要“描出平抛物体的运动轨迹，并求出平抛物体的初速度”.斜槽虽然有摩擦，但只要保证小球每次从同一位置滚下，到达斜槽末端做平抛运动的初速度相同，就不会对实验结果产生影响；斜槽末端切线方向不水平，小球做的不是平抛运动，将造成较大误差；坐标原点应建在斜槽末端端口上方等于小球半径处；由y=1/2gt2和x=v0t得，x、y均是由刻度尺进行测量的，计算点距抛出点O点越远，x、y值就越大，误差越小.综上所述，应选BC.6．ACD[因为平抛运动要求物体在抛出时必须只具有水平方向的速度，因此必须保证斜槽末端水平，故A正确；在用描点法做平抛运动的轨迹时，每次只能描出一个点，应让小球多次沿同一轨道做同样的平抛运动，因此每次必须从同一位置由静止释放小球，故B错误而C正确；小球在下落过程中不能与白纸(或方格纸)相接触，否则由于摩擦或碰撞会改变小球平抛运动的轨迹，所以D正确．]7.解析：为减小空气阻力对小球运动的影响，阻力和球的重力相比越小，影响越小，故A选项正确．答案：A8.解析：用描迹法探究平抛运动的规律时，必须在竖直面内建立水平和竖直两个方向的直角坐标系，以确定物体在不同位置时的坐标，然后根据物体在竖直方向位移跟时间的关系，确定在竖直方向上的运动情况，要达到这一目的，除了描绘平抛物体的运动轨迹外，还必须用重锤线确定竖直方向．本实验无需知道小球的质量和运动时间，故应选用D 项所列器材． 答案：D9.解析：物理实验具体操作方式并不是一成不变的，根据实验原理和要达到的目的，再结合现有实验条件，灵活地、创造性地设计实验方案、操作要求和操作规范是学习者应具备的素质．实验操作的要求是根据实验原理和要达到的精度而设置的，要确定每一个操作是否正确必须从实验原理入手思考．例如，研究平抛物体的运动，实验操作必须保证小球做平抛运动；要描绘平抛物体的运动轨迹，必须是同一个运动过程物体经过的位置的连线，因此每次释放小球必须从同一高度，以保证每一次平抛运动轨迹重合．答案：ACE10.解析：改变高度做实验，发现A 、B 两球仍同时落地，只能说明A 球的竖直分运动与B 球自由落体运动情况相同，故C 项正确．答案：C【举一反三】参考答案1．L g 2h解析 子弹在两纸片间做平抛运动．因此：L ＝vt ，h ＝12gt2.解方程可得：v ＝L g 2h. 点评 根据平抛运动的分运动的等时性，将两个分运动联立求解即可求得初速度v.2．见解析解析 (1)利用拴在槽口处的重垂线作出Oy 轴，Ox 轴与Oy 轴垂直，O 点在槽口上方r(小球半径)处．(2)将小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滚也不向外滚，说明槽口末端是水平的．(3)应注意使小球每次都从轨道同一位置由静止释放．(4)利用B 点进行计算，由y ＝gt22，代入数据得： t ＝2y g ＝0.30 s ，v0＝x t＝1.6 m/s. 3．见解析解析 根据研究平抛运动的实验和平抛运动的原理，可知使弹丸做平抛运动，通过测量下落高度可求出时间，再测出水平位移可求出平抛的初速度．(1)实验示意图如图所示：(2)弹射器必须保持水平；(3)弹丸下降高度y 和水平射程x ；(4)在不改变高度y 的条件下进行多次实验，测量水平射程x ，得出水平射程x 的平均值x ，以减小误差；(5)因为y ＝12gt2，所以t ＝2y g又因x ＝v0t ，故v0＝x t ＝x 2y g＝x g 2y .4．(1)弹簧测力计的示数F 弹簧的伸长量Δx k ＝F Δx(2)同一 水平位移s 竖直高度h v0＝s g 2h5.解析：ab 、bc 、cd 水平方向等间距：x ＝2L ＝v0T.竖直方向：Δy ＝aT2，即L ＝gT2. 所以v0＝x T ＝2L L/g＝2Lg ＝2× 1.25×10－2×9.8m/s＝0.70m/s.答案：2Lg 0.7m/s6. （l ） 画出三条两两之间等距离 （△x ）的与 Y 轴平行的竖线，分别与轨迹曲线交于A 、B 、C 三点，过这三点各作一条垂直于Y 轴的线.测量A 、B 之间的竖直距离y1和A 、C 之闻的竖直距离y2,根据以上数据可算出初速.（2） 刻度尺 (3) 122y y g x-∆7.解：(13分) (1)设1~4之间时间为T ，竖直方向有：(2.5-1.5)×10-2×10 m ＝gT2所以T = 0.1 s （3分）水平方向:0.5×10-2×3×10 m ＝v0T所以v0=1.5 m/s （3分）(2)设物体在1点的竖直分速度为v1y1~4竖直方向：1.5×10-2×10 m=v1yT+21gT2 解得v1y=1 m/s因v1y ≠0，所以1点不是抛出点 （2分）设抛出点为O 点，距1水平位移为x m ，竖直位移为y m ，有:水平方向 x=v0t竖直方向：⎪⎩⎪⎨⎧==gt v gt y y 1221解得t= 0.1 s （1分）x=0.15 m=15 cm （2分）y=0.05 m=5 cm （2分）即抛出点距1点水平位移为15 cm ，竖直位移为5 cm.8.解析：（1）通过对实验装置的反复调节,达到:①斜轨末端水平,以保证小球离开轨道时做平抛运动,②A板水平,保证B板总处于同一高度,③插槽P0P′0垂直斜轨并在斜轨末端正下方,以保证B板在P0P′0时小球的痕迹为抛出点，④每次让小球从同一位置由静止释放,以保证小球每次以相同初速度做平抛运动.（2）使记录纸上每两点间的水平距离相等.（3）如答案图所示.答案：（1）斜轨末端水平、A板水平、插槽P0P′0垂直斜轨并在斜轨末端正下方每次做初速度相同的平抛运动（2）使记录纸上每两点之间的水平距离相等（3）略。