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第四章
曲线运动　万有引力与宇宙航行
实验5　探究平抛运动的特点
1.知道平抛运动的条件是只受重力作用,具有水平方向的初速度。2.知道平抛运动的轨迹是抛物线,会在实验中描绘其轨迹。3.会利用描绘的轨迹求平抛运动的初速度。
实验储备·归纳
自主落实 回扣教材
实验类型·突破
关键能力 深度剖析
【典例1】　(2023·浙江6月卷)在“探究平抛运动的特点”实验中。
类型1　实验基本技能应用
(1)用图甲装置进行探究,下列说法正确的是________(填选项字母)。
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)用图乙装置进行实验,下列说法正确的是________(填选项字母)。
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

解析　(1)用题图甲所示的实验装置,只能探究平抛运动竖直分运动的特点,A、C两项错误;在实验过程中,需要改变小锤击打的力度,多次重复实验,B项正确。
(2)为了保证小球做平抛运动,需要斜槽末端水平,为了保证小球抛出时速度相等,每一次小球需要从同一位置静止释放,斜槽不需要光滑,A项错误,C项正确;上下调节挡板N时不必每次等间距移动,B项错误。

答案　(1)B　(2)C　(3)D
【典例2】　在“探究平抛运动的特点”实验中,采用了如图甲所示的装置,实验操作是:让小球多次沿同一轨道运动,描绘出小球平抛运动的轨迹。
(1)(多选)下列操作正确的是________(填选项字母)。
A.必须调整斜槽,使其末端水平
B.小球运动时挡板及白纸应保持竖直
C.每次必须从斜槽上同一位置由静止释放小球
D.小球在运动过程中与白纸间有摩擦不影响实验结论
(2)描出小球平抛运动的轨迹如图乙所示,O为抛出点,A、B为轨迹上的两点,OA、AB竖直方向高度分别为y1、y2,按照自由落体规律,若y1∶y2=________,则OA、AB段时间间隔相等;在误差允许的范围内,若x1∶x2=________,则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。
解析　(1)通过调节使斜槽末端保持水平,是为了保证小球做平抛运动, A项正确;小球在竖直面内做平抛运动,避免因摩擦而使运动轨迹改变, 小球运动时不应与木板上的白纸相碰撞,故小球运动时挡板及白纸应保持竖直,B项正确;因为要画同一运动的轨迹,必须每次释放小球的位置相
同,由静止释放,以保证获得相同的初速度,C项正确;小球在运动过程中与白纸间有摩擦影响平抛轨迹,对实验有影响,D项错误。
(2)O为抛出点,竖直方向自由落体运动,OA、AB段时间间隔相等,按照自由落体规律,则有y1∶y2=1∶3,水平匀速运动,在误差允许的范围内,则有x1∶x2=1∶1。
答案　(1)ABC　(2)1∶3　1∶1
考向1　实验方案创新
【典例3】　频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中,照相机的快门处于常开状态,频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光,照亮运动的物体,于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示的装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄,得到的频闪照片如图乙所示,O为抛出点,P为运动轨迹上某点。则根据平抛运动规律分析下列问题(g取10 m/s2):
类型2　实验的迁移、拓展和创新
(1)乙图中,A处摄像头所拍摄的频闪照片为________(填“a”或“b”)。
(2)测得图乙a中OP距离为30 cm,b中OP距离为45 cm,则平抛小球的初速度大小应为________m/s,小球在P点速度大小应为________m/s。


　　从装置的设置和实验过程的描述中得到实验方案的设计思路是解题的关键。A处摄像头拍摄的是水平方向的分运动,B处摄像头拍摄的是竖直方向的分运动,所以图a和图b分别描述的是水平分运动和竖直分运动。
考向2　实验器材改进
【典例4】　某校的同学们利用某手机APP的定时连拍功能来探究物体的平抛运动,实验步骤如下:
①一同学站在竖直墙边,将小球沿平行于墙面的竖直面内水平向右抛出,另一位同学随即启动手机APP,拍摄下了不同时刻小球位置的照片;
②用刻度尺测出某一块砖块的高度d和长度L;
③用平滑的曲线将小球四个位置连接起来,得到小球的部分运动轨迹如图所示。
小球所受空气阻力可以忽略不计,重力加速度为g,墙面的每一块砖都完全相同。请分析下列问题:
(1)手机APP里设置的定时连拍的时间间隔为T=________。
(2)小球在位置B的速度大小为vB=________________________。



考向3　实验目的改变
【典例5】　图甲为某种瓶装水电动取水器,某实验小组利用平抛运动规律测量该取水器取水时的流量(单位时间流出水的体积)。实验方案如下:
(1)利用游标卡尺测量取水器出水管内径d,如图乙所示,应利用游标卡尺________部分进行测量(选填图乙中的字母代号),读数为________mm。
(2)调节取水器管口方向,使取水器启动后,水从管口水平射出。
(3)待水在空中形成稳定的弯曲水柱后,紧贴水柱后方放置白底方格板
(已知每个正方格的边长为L),并利用手机正对水柱拍摄照片,如图丙所示。
(4)已知当地重力加速度为g,根据图丙可以计算水从O点运动到P点所需要的时间为________(用L、g进行表示)。
(5)已知流量的决定式为Q=S·v(其中S为水流的横截面积,v为水流的速度大小)。由上述信息可得出取水器取水时的流量为Q=_______(用L、g、d进行表示)。


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1.用如图所示的装置研究平抛运动,请完成相关实验内容。

(5)从数字计时器读得小球通过光电门的遮光时间为6.2×10-3 s,则小球通过光电门时的瞬时速度为v1=________m/s(保留2位有效数字)。
(6)根据频闪照片中记录的信息,在图中的坐标纸上标出小球离开斜轨后的5个连续位置A、B、C、D、E,读得A、E两位置的水平距离为12.00cm,由此可求得小球做平抛运动的初速度为v2=________m/s(保留2位有效数字)。
(7)(多选)多次实验发现总是有v1>v2,导致这个结果的可能原因有________(填选项字母)。
A.小球在轨道斜面上受摩擦阻力
B.小球平抛运动过程受空气阻力
C.小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行
D.小球经过光电门时,球心与光线不在同一高度

(7)轨道斜面的作用是使小球获得一个水平初速度,小球在轨道斜面上受摩擦阻力并不影响v2的大小,A项错误;小球平抛运动过程受空气阻力,使得小球水平方向做减速运动,水平位移偏小,v2值偏小,B项正确;小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行,会造成小球运动过程中在坐标纸上的水平投影位移偏小,v2偏小,C项正确;小球经过光电门时,球心与光线不在同一高度,会造成遮光时间变短,则造成v1偏大,D项正确。
答案　(5)1.0　(6)0.90　(7)BCD
2.(2021·全国乙卷)某同学利用图甲所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图乙所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板,纸板与小球轨迹所在平面平行,其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图乙中标出。
完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)
(1)小球运动到图乙中位置A时,其速度的水平分量大小为________m/s,竖直分量大小为________m/s。
(2)根据图乙中数据可得,当地重力加速度的大小为________ m/s2。

答案　(1)1.0　2.0　(2)9.7
3.用传感器(如图甲所示)和计算机可以方便地绘出物体运动的轨迹。选择竖直方向为y轴、水平方向为x轴建立坐标系,图乙是某次实验中计算机绘出物体运动的轨迹,在轨迹上选B、C、D三个点,其中BC段与x轴平行,CD段是抛物线,测量得出各点的坐标分别为B(0,0.2 m)、C(0.1 m, 0.2 m)、D(1.3 m,1.0 m),已知重力加速度取g=10 m/s2。
(1)BC两点纵坐标相同说明斜槽末端________(填“水平”或“不水平”)。
(2)可以求出物体从C到D的时间是________s。
(3)物体运动到D点时的速度是________m/s。

答案　(1) 水平　(2)0.4　(3)5

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