《 备考指南 物理 》课件-第4章 实验5

曲线运动万有引力与航天第四章实验五探究平抛运动的特点栏目导航01知识梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1一、实验器材斜槽轨道、金属小球、坐标纸、铅笔、平木板、小铅锤、图钉4枚、刻度尺、竖直固定木板的支架．二、实验原理三、实验步骤1．探究平抛运动竖直分运动的特点(1)实验按如图所示装置进行实验，小钢球A、B位于相同高度处，用小锤击打弹性金属片，金属片C受到小锤的击打，向前推动A，小钢球A具有水平初速度，做平抛运动，同时松开小钢球B，自由下落，做自由落体运动．(2)分析：仔细观察可知，不管两个小钢球距地面的高度为多高，或小锤击打金属片的力度多大(小锤击打金属片的力度越大，小钢球A水平抛出的初速度越大)，两小钢球每次都同时落地，说明两小钢球在空中运动的时间相等，即做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动是自由落体运动．(3)结论：做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动．2．探究平抛运动水平分运动的特点(1)如图所示的实验装置中，两个相同的弧形轨道M、N，上端分别装有电磁铁C、D；调节C、D的高度，使AC＝BD．将小铁球P、Q分别吸在C、D上，然后切断电源，使球以相同的初速度v0分别同时从M、N的末端水平射出，其中与轨道N相切的水平面光滑．实验发现两铁球在P球落地时相遇．只增大或减小轨道M的高度再进行实验，结果两铁球总是在P球落地时相遇．(2)分析：只改变轨道M的高度，相当于只改变P球做平抛运动的竖直高度，发现P、Q两球总是在P球落地时相遇，即P球在水平方向上的运动不因P球在竖直方向上运动时间的长短而改变，总是和在水平面上做匀速直线运动的Q球有完全相同的运动情况．(3)结论：做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动；平抛运动的各分运动具有独立性．3．探究平抛运动的轨迹(1)在紧靠木板的左上角固定斜槽，检查斜槽末端是否水平．(2)用图钉把坐标纸钉在竖直的木板上，靠近斜槽竖直放好木板，安装时要用铅垂线检查并调整竖直木板，使坐标纸上的竖线与铅垂线重合．(3)确定小球飞出时的初始位置即坐标原点O，并过O用铅垂线描出竖直向下的y轴和水平向右的x轴．(4)使小球由斜槽的某一固定位置自由滑下，由O点开始做平抛运动，用眼睛粗略地确定做平抛运动的小球通过的位置．(5)在粗定位置附近用铅笔垂直白纸放置，再使小球从原位置自由滚下，小球与铅笔正碰时，在坐标纸上记下铅笔的投影位置，即小球平抛经过的位置．(6)依次改变x的大小，用同样的方法确定其他各点的位置．(7)取下坐标纸，根据记下的一系列位置，用平滑曲线画出小球做平抛运动的轨迹．(8)在曲线上(轨迹上)选取几个距O点远些的点测出它们的坐标(x，y)，填入表中来计算球的初速度，最后取平均值．四、注意事项(1)安装木板时，应使木板竖直．如果木板不竖直将影响球的飞行，可能相撞或摩擦，因此要用铅垂线校准．(2)固定斜槽时要使其末端切线水平，确保小球飞出作平抛运动．(3)坐标原点(即小球做平抛运动的起点)是球在槽口时其球心在竖直纸板上的水平投影点O，即O点在水平槽口端点正上方r处．(4)小球每次应在相同的适当高度由静止开始从斜槽上滚下，在斜轨上释放小球不宜用手指，而要用斜槽上的球夹或挡板(如尺子)，这样做重复性好，能确保每次的初速相同．(5)计算初速度不取用由卡片描的点，而是重新在画出的x轴上由O起取出几个等距离的点，再由轨迹曲线测量出各点所对应的下降高度，看这些高度的比值是否近似等于1∶4∶9∶….这样做，一是验证了平抛运动的性质，二是减少计算的麻烦和误差．题点各个击破2例1

(2021年苏锡常镇联考)某同学利用如图所示实验装置绘制小球做平抛运动的轨迹，关于此实验下列说法错误的是 (

)A．斜槽轨道必须光滑且末端沿水平方向B．小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下C．为较准确地绘出小球的运动轨迹，记录的点应适当多一些D．为较准确地绘出小球的运动轨迹，应该用平滑曲线把各记录点连起来命题点一教材标准实验变形【答案】A【解析】为保证小球做平抛运动，斜槽轨道末端要沿水平方向，但轨道不需要必须光滑，故A错误，符合题意；为保证小球每次平抛运动的水平初速度相同，小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下，故B正确，不符合题意；为了能用平滑曲线准确地绘出小球运动轨迹，记录的点应适当多一些，故C正确，不符合题意；为较准确地绘出小球运动轨迹，应该用平滑曲线把各记录点连起来，故D正确，不符合题意．例2

(2021年临沂模拟)如图为研究小球的平抛运动时拍摄的闪光照片的一部分，其背景是边长为5cm的小方格，重力加速度g取10m/s2，由图可知：小球从A点运动到B点经历的时间________(填“小于”“大于”或“等于”)从B点运动到C点经历的时间；照相机的闪光频率为________Hz；小球抛出时的初速度大小为________m/s，小球在B点的速率是________m/s(可用根号表示)．例3三个同学根据不同的实验装置，进行了“探究平抛运动的特点”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)乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片．小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，图中每个小方格的边长为L＝2.5cm，则该小球经过b点时的速度大小vb＝______m/s.(结果保留三位有效数字，g取10m/s2)(3)丙同学采用如图丙所示的装置．关于该实验方法，下列选项中与误差无关的是________．A．槽与小球间有摩擦B．槽末端切线不水平C．小球每次自由滚下的位置不同【答案】(1)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动(2)1.25

(3)A命题点二创新迁移实验创新角度一实验原理的创新例4

(2021年四川三台中学月考)未来在一个未知星球上用如图甲所示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能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动，

现对小球采用频闪数码相机连续拍摄，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，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s，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______(填“是”或“不是”)小球的抛出点．(2)由以上信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为________m/s2.(3)由以上信息可以算出小球平抛的初速度大小是________m/s.(4)由以上信息可以算出小球在b点时的速度大小是________m/s.创新角度二实验操作的创新例5

(2022年宝鸡联考)采用如图所示的装置做“研究平抛运动”实验，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，再将斜槽轨道的末端调整水平，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；将木板向远离槽口的方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上并在白纸上得到痕迹B；又将木板再向远离槽口的方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，在白纸上再得到痕迹C，测得A、B、C三点距地面的高度分别为y1、y2、y3.已知当地的重力加速度为g.(1)斜槽轨道__________(填“一定”或“不一定”)需要光滑才能完成实验．(2)根据以上直接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)创新角度三实验目的的创新例6

(2021年浙江名校联考)用如下图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)下列实验操作合理的有__________．A．安装斜槽轨道，需使其末端保持水平B．背板应保持竖直C．每次钢球需从斜槽同一位置由静止释放D．每次必须等距离的下降挡板，记录钢球位置E．钢球在斜槽上释放的位置离斜槽末端的高度尽可能低一些(3)在“探究平抛运动水平方向分运动的特点”的实验中，将白纸换成方格纸，每个小方格边长L＝5cm.实验记录了小球在运动中的4个点迹，如下图所示，则tA

B____(填“<”“＝”或“>”)tB

C，该小球做平抛运动的初速度为______m/s.(计算结果保留两位有效数字，g取10m/s2)(4)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．从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(5)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【答案】(1)ABC

(2)乙(3)>

2.0

(4)AB

(5)B【