第21讲 实验5探究平抛运动的特点（原卷版）

第第页第21讲实验5探究平抛运动的特点核心考点考点一实验：探究平抛运动的特点 1考点二创新实验提升 9考点一实验：探究平抛运动的特点基础过关基础过关一、实验思路用描迹法逐点画出小钢球做平抛运动的轨迹，判断轨迹是否为抛物线，并求出小钢球的初速度。二、实验器材末端水平的斜槽、背板、挡板、复写纸、白纸、钢球、刻度尺、铅垂线、三角板、铅笔等。三、实验过程1．安装、调整背板：将白纸放在复写纸下面，然后固定在装置背板上，并用铅垂线检查背板是否竖直。2．安装、调整斜槽：将固定有斜槽的木板放在实验桌上，用平衡法检查斜槽末端是否水平，也就是将小球放在斜槽末端直轨道上，小球若能静止在轨道上的任意位置，则表明斜槽末端已调水平，如图。3．描绘运动轨迹：让小球在斜槽的某一固定位置由静止滚下，并从斜槽末端飞出开始做平抛运动，小球落到倾斜的挡板上，会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。取下白纸用平滑的曲线把这些印迹连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。4．确定坐标原点及坐标轴：选定斜槽末端处小球球心在白纸上的投影的点为坐标原点O，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。四、数据处理1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则应以抛出点为坐标原点建立直角坐标系，且轨迹上各点的坐标满足y＝ax2的关系，且同一运动轨迹上a是一个特定的值。(2)验证方法方法一：代入法用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，判断a值在误差允许的范围内是否为一常数。方法二：图像法建立y－x2坐标系，根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值，在y－x2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a的值。2．计算平抛运动物体的初速度(1)类型1：若原点O为抛出点，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多个初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))，最后求出初速度的平均值，就是做平抛运动的物体的初速度。(2)类型2：若原点O不是抛出点①在轨迹曲线上取三点A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如图所示。A到B与B到C的时间相等，设为T。②用刻度尺分别测出yA、yB、yC，则有yAB＝yB－yA，yBC＝yC－yB。③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上两式得v0＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB))。五、注意事项1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度沿水平方向。2．固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。3．为保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。4．要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。5．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。6．计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算。【例1】（2025·广东揭阳·三模）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的必做实验的部分内容，请完成下列填空：(1)在“探究平抛运动的特点”实验中：①用图1装置进行探究，下列说法正确的是()A．只能探究平抛运动水平分运动的特点B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点②用图2装置进行实验，下列说法正确的是()A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下(2)某实验小组在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量小球的直径，某次读数为10.10mm，则所选用的测量仪器与图1中（选填“A”、“B”或“C”）一致。【例2】（2025·广东茂名·模拟预测）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。(1)实验小组在“研究平抛物体运动”时使用如图装置进行实验，下列做法合理的是（）A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平B．每次小球释放的初始位置可以任意选择C．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接D．挡板高度必须按1∶3∶5的间隔变化(2)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是（）A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓B．对油酸溶液起到稀释作用，快速形成单分子油膜C．有助于测量一滴油酸的体积D．有助于油酸的颜色更透明便于识别(3)在“验证力的平行四边形定则”实验中，将画有坐标轴（横轴为轴，纵轴为轴，最小刻度为1mm）的纸贴在水平桌面上，如图甲所示。将橡皮筋的一端固定在轴上的点（B点位于图示部分之外），橡皮筋处于原长时，另一端位于轴上的点。①用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示，F的大小为N；②撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N；③用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合。【例3】（2025·辽宁沈阳·三模）在“探究平抛运动的特点”实验中，用图1装置研究平抛运动在竖直方向分运动特点，用图2装置研究平抛运动在水平方向分运动特点。(1)关于两幅图，下列说法正确的是_____。A．在图1中，打击重锤力度越大，落地时间越短B．在图2中，使用粗糙斜槽可能增加实验系统误差C．在图2中，斜槽轨道M末端切线方向必须与重锤线垂直D．无论在图1中还是在图2中，为了减小误差，我们都应该选择密度大、体积小的球(2)在图2的实验中，让小球多次从斜槽上滚下，在白纸上依次记下小球的位置，某同学得到的记录纸如图3所示，图中有两个点位于抛物线下方的原因可能是。【例4】（2025·天津河西·二模）用如图甲所示装置研究平抛运动。(1)关于该实验，下列说法中哪些是正确的？___________（填写正确答案标号）A．实验中应保持硬板竖直B．建立坐标轴时应以槽口的端点作为坐标原点C．用实心铁球完成实验比用空心木球完成实验效果好D．绘制平抛运动轨迹时应该用直线连接小球经过的所有位置(2)某位同学通过实验得到了平抛小球的运动轨迹。为了进一步探究平抛运动的特点，他建立了以抛出点为原点的坐标系，并在轨迹上取一些点，测量这些点的水平坐标和竖直坐标。若坐标、满足关系___________，就能够说明小球的运动轨迹为抛物线。（填写正确答案标号）A． B． C． D．(3)另一位同学在进行这个实验时，忘记了记录平抛的抛出点，并得到如图乙所示的平抛小球运动轨迹，则图中的。（填写“>”、“<”或“=”）【例5】（2025·甘肃白银·模拟预测）如图甲所示为“探究平抛运动的特点”的实验装置。使斜槽末端保持水平，让小钢球每次从同一位置由静止释放的目的是。图乙为实验描绘出的小球的运动轨迹，为小球抛出点，、两点的纵坐标如图所示，A、B两点横坐标之间的距离为，则小球做平抛运动的初速度大小为。（已知重力加速度）考点二创新实验提升基础过关基础过关一、创新实验1．实验方法的改进2．求初速度方法的创新由x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2可得y＝eq\f(g,2v\o\al(2,0))x2，做y－x2图像，由斜率求出v0。【例6】（2025·贵州毕节·三模）某学习小组设计了一个探究平抛运动特点的实验装置，在平抛点O的正前方放一粘有米尺的竖直毛玻璃。将小球从O点正对毛玻璃水平抛出，用光源照射小球，毛玻璃上会出现小球的投影。在毛玻璃正右边，用频闪相机记录小球在毛玻璃上影子的位置。如图甲，在O点左侧用与初速度平行的光照射，得到如图乙的照片；如图丙，将一个点光源放在O点照射，重新实验，得到如图丁的照片。已知频闪相机的闪光周期为，O点到玻璃的距离，两次实验小球抛出时的初速度相等。根据上述实验完成下列问题：(1)由图乙的数据得，小球的加速度大小为，表明小球在竖直方向上做初速度为零的匀加速直线运动。（结果保留三位有效数字）(2)由图丁可知，丙中小球在屏上的影子做运动（选填“匀速直线”或“匀加速直线”），影子的速度大小为m/s。(3)小球平抛的初速度大小为m/s。（结果保留三位有效数字）【例7】（2025·湖南邵阳·三模）利用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动的物体的轨迹。某实验小组利用其来探究平抛运动的特点，设计原理图如图甲所示，物体A从O点水平抛出做平抛运动，它能够在竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲。在它运动的平面内安放着超声-红外接收装置B。B盒装有、两个超声-红外接收器（处于O点正下方），并与计算机相连。、各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差，并由此算出它们各自与物体A的距离，进而确定物体A的位置，通过计算机可以即时给出A的坐标。试回答下列问题：(1)为了使计算机描出的物体做平抛运动轨迹更加准确，物体A应挑选（）A．体积大的木球 B．体积小的钢球 C．体积小的木球(2)如图甲所示，某实验小组让物体A在图示位置同时发射超声波脉冲和红外线脉冲，以抛出点O为坐标原点建立坐标系，若还测出了O点到、的距离，重力加速度未知，则由题中条件可以求出（）A．物体A的初速度B．物体A的位置坐标C．物体A的运动时间D．物体A此时的速度方向(3)以物体A的初速度方向为轴方向，竖直向下的方向为轴方向，在某次实验中计算机描出的平抛运动的轨迹如图乙所示，数据的采集频率为25Hz。由图乙轨迹图线分析可知，物体A平抛的初速度大小为（结果保留2位有效数字）；该实验测得当地的重力加速度偏小，可能的原因是。【例8】（2025·河北保定·二模）某同学用电磁实验装置来研究平抛运动和测量平抛运动的初速度大小。如图所示，将小球甲从斜槽上某一点P由静止释放，小球甲离开斜槽末端a点时撞开接触式开关（时间极短），小球甲从a点飞出的同时，被电磁铁吸住的小球乙从b点由静止下落，小球甲、乙均视为质点，a、b两点在同一水平面上，改变甲释放点P的位置，直至甲、乙在地面相遇，用刻度尺测得b点距地面的高度为H，a、b两点间的距离为L，重力加速度大小为g，不计空气阻力。回答下列问题：(1)安装实验装置完毕，应调节斜槽，使得末端保持。(2)小球甲、乙在落地前，同一时刻，小球甲距地面的高度（填“大于”“小于”或“等于”）小球乙距地面的高度。(3)小球甲落地时的速度大小为。【例9】（24-25高一下·内蒙古锡林郭勒盟·开学考试）某同学利用光电门和如图所示的器材探究平抛运动的特点。斜槽和水平轨道平滑连接置于水平桌面上，水平轨道末端安装一光电门，使得直径为D的钢球通过光电门时光线正好射向钢球球心。在水平地面的竖直挡板上附有复写纸和白纸，钢球运动至竖直挡板时在白纸上留下点迹。(1)依次将挡板水平向右移动距离x，重复实验，在白纸上留下点迹A、B、C，钢球每次（填“需要”或“不需要”）从同一位置释放。(2)测量竖直距离分别为和，光电门的挡光时间为t，钢球做平抛运动的初速度大小为；打下相邻两点的时间间隔；钢球竖直方向的加速度大小。（均用题中物理量表示）。【例10】（2025·江苏盐城·模拟预测）某同学利用图甲所示装置测量当地重力加速度，在斜槽轨道的末端B处安装一个光电门，调节激光束与球心等高，实验中，让小球从斜槽上某位置A处无初速度释放，用手机拍摄小球做平抛运动的视频，得到分帧照片如图乙所示（相邻两帧之间的时间间隔相等）。(1)关于本实验，下列说法正确的是________。A．斜槽轨道应尽量光滑B．斜槽轨道末段需调校水平C．实验时应先让小球抛出，再打开手机摄像功能(2)该同学用游标卡尺测得小球的直径如图丙所示，则小球的直径d