高考物理第一輪復(fù)習(xí)同步導(dǎo)學(xué)
§4．3　實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)

【考點(diǎn)自清】
　　1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />　　(1)用實(shí)驗(yàn)方法描出平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　(2)從實(shí)驗(yàn)軌跡求平拋物體的初速度。
　　2、實(shí)驗(yàn)原理
　　平拋物體的運(yùn)動(dòng)可以看做是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)：一是水平方向的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。令小球做平拋運(yùn)動(dòng)，利用描跡法描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，即小球做平拋運(yùn)動(dòng)的曲線(xiàn)，建立坐標(biāo)系，測(cè)出曲線(xiàn)上的某一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y，根據(jù)重力加速度g的數(shù)值，利用公式，求出小球的飛行時(shí)間t，再利用公式x＝vt，求出小球的水平分速度，即為小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。
　　3、實(shí)驗(yàn)器材
　　斜槽，豎直固定在鐵架臺(tái)上的木板，白紙，圖釘，小球，有孔的卡片，刻度尺，重垂線(xiàn)。
　　4、實(shí)驗(yàn)步驟
　　(1)安裝、調(diào)整斜槽：用圖釘把白紙釘在豎直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法調(diào)整斜槽，即將小球輕放在斜槽平直部分的末端處，能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，就表明水平已調(diào)好。
　　(2)調(diào)整木板：用懸掛在槽口的重垂線(xiàn)把木板調(diào)整到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直面平行。然后把重垂線(xiàn)方向記錄到釘在木板的白紙上，固定木板，使在重復(fù)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，木板與斜槽的相對(duì)位置保持不變。
　　
　　(3)確定坐標(biāo)原點(diǎn)O：把小球放在槽口處，用鉛筆記下球在槽口時(shí)球心在白紙上的水平投影點(diǎn)O，O點(diǎn)即為坐標(biāo)原點(diǎn)。
　　(4)描繪運(yùn)動(dòng)軌跡：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，調(diào)整卡片的位置，使從槽上滾下的小球正好穿過(guò)卡片的孔，而不擦碰孔的邊緣，然后用鉛筆在卡片缺口上點(diǎn)個(gè)黑點(diǎn)，這就在白紙上記下了小球穿過(guò)孔時(shí)球心所對(duì)應(yīng)的位置。保證小球每次從槽上開(kāi)始滾下的位置都相同，用同樣的方法，可找出小球平拋軌跡上的一系列位置.取下白紙用平滑的曲線(xiàn)把這些位置連接起來(lái)即得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
　　(5)計(jì)算初速度：以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)畫(huà)出豎直向下的y軸和水平向右的x軸，并在曲線(xiàn)上選取A、B、C、D、E、F六個(gè)不同的點(diǎn)，用刻度尺和三角板測(cè)出它們的坐標(biāo)x和y，用公式計(jì)算出小球的初速度v0，最后計(jì)算出v0的平均值。
　　5、注意的事項(xiàng)
　　(1)實(shí)驗(yàn)中必須保持通過(guò)斜槽末端點(diǎn)的切線(xiàn)水平，木板必須處在豎直面內(nèi)且與小球運(yùn)動(dòng)軌跡所在的豎直平面平行，并使小球的運(yùn)動(dòng)靠近圖板但不接觸。
　　(2)小球必須每次從斜槽上同一位置滾下，即在斜槽上固定一個(gè)擋板(不要用手放)。
　　(3)坐標(biāo)原點(diǎn)(小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn))不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球在槽口時(shí)，小球的球心在木板上的水平投影點(diǎn)，即端點(diǎn)上r(小球半徑)處。
　　(4)要在斜軌上適當(dāng)?shù)母叨柔尫判∏?，使它以適當(dāng)?shù)乃匠跛俣葤伋觯滠壍烙蓤D板左上角到達(dá)右下角，這樣可以減小測(cè)量誤差。
　　(5)要在平拋軌道上選取距O點(diǎn)遠(yuǎn)些的點(diǎn)來(lái)計(jì)算球的初速度，這樣可以使結(jié)果的誤差較小。
　　6、誤差分析
　　(1)安裝斜槽時(shí)，其末端切線(xiàn)不平而產(chǎn)生誤差。
　　(2)建立坐標(biāo)系時(shí)，以斜槽末端端口位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，實(shí)際上應(yīng)以球的球心在木板上的水平投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。

　　(3)數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差。
　　(4)確定小球位置不準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差。
　　7、獲得平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法
　　(1)噴水法
　　如圖，倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開(kāi)口的細(xì)管，其中一根彎成水平，加上一個(gè)很細(xì)的噴嘴．[直管的作用是保證A處的壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)，使彎管?chē)姵鏊乃俣?平拋初速度)不受瓶?jī)?nèi)液面的影響]
　　水從噴嘴中噴出，在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，將它描在背后的紙上，進(jìn)行分析處理．
　　(2)描跡法
　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，鋼球從斜槽上滾下，從水平槽飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)，每次都使鋼球在斜槽的同一位置滾下，鋼球在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡就是一定的，用鉛筆描出小球每次經(jīng)過(guò)的位置，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，在豎直放置的白紙上記錄鋼球經(jīng)過(guò)的多個(gè)位置，連起來(lái)便可得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡．
　　(3)頻閃照相法
　　用數(shù)碼照相機(jī)可記錄下平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，如圖所示．由于相鄰兩幀照片間的時(shí)間間隔是相等的，只要分別測(cè)量相鄰兩照片上小球的水平位移和豎直位移，就很容易判斷平拋運(yùn)動(dòng)水平方向和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)．
【重點(diǎn)精析】
重點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)步驟操作的規(guī)范性
　　【例1】下面是利用教材中的裝置做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)步驟，在這些實(shí)驗(yàn)步驟中有錯(cuò)誤或不足，需要修改的是　　　　　　　　　　　　　，將這些實(shí)驗(yàn)步驟按正確的順序排列為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
　　A．從斜槽上某一點(diǎn)釋放小球，它離開(kāi)槽后在空中做平拋運(yùn)動(dòng)。在小球運(yùn)動(dòng)軌跡的某處用帶孔的卡片迎接小球，使小球恰好從孔中央通過(guò)而不碰到孔的邊緣，然后在白紙上記下孔中央的位置；
　　B．以斜槽末端作為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)O，在白紙上標(biāo)出O點(diǎn)的位置；
　　C．取下白紙，在紙上畫(huà)出與豎直線(xiàn)Oy垂直的水平線(xiàn)Ox；
　　D．用光滑曲線(xiàn)把記錄小球通過(guò)的位置的若干點(diǎn)連接起來(lái)，就得到了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。由于確定各點(diǎn)位置時(shí)有誤差，所畫(huà)的曲線(xiàn)可不通過(guò)個(gè)別偏差大的點(diǎn)，但必須保證曲線(xiàn)光滑，不能有小范圍的凸起和凹陷。
　　E．從斜槽上不同點(diǎn)釋放小球，用步驟A的方法確定平拋軌跡上的其他點(diǎn)；
　　F．在曲線(xiàn)上取幾個(gè)點(diǎn)(不必是步驟A、E中確定的點(diǎn))，測(cè)出它們的坐標(biāo)x、y，分別求出小球的初速度，最后算出平均值作為實(shí)驗(yàn)測(cè)出的平拋運(yùn)動(dòng)的初速度；
　　G．靠目測(cè)在紙上畫(huà)出過(guò)O點(diǎn)向下的豎直線(xiàn)Oy；
　　H．將白紙用圖釘釘在豎直的木板上，在木板上的左上角固定斜槽。
　　【解析】B中O點(diǎn)應(yīng)是球心的位置而不應(yīng)以斜槽末端為平拋起點(diǎn)；E中應(yīng)讓小球每次從斜槽上同一點(diǎn)釋放；G中Oy不能靠目測(cè)，應(yīng)由重垂線(xiàn)確定Oy軸；H中還應(yīng)檢驗(yàn)斜槽末端的切線(xiàn)是否水平.
　　【答案】B、E、G、H；H、G、B、A、E、C、D、F
　　【思維提升】理解實(shí)驗(yàn)中的步驟及應(yīng)注意的地方是解本題的關(guān)鍵。
　　【拓展1】在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球多次從同一高度釋放并沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過(guò)描點(diǎn)法畫(huà)出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡．為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認(rèn)為正確的選項(xiàng)前面的字母填在橫線(xiàn)上______．
　　A．調(diào)節(jié)斜槽末端使其保持水平
　　B．每次釋放小球的位置必須不同
　　C．每次必須由靜止釋放小球
　　D．記錄小球位置用的木條(或凹槽)每次必須嚴(yán)格的等距離下降
　　E．小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙(或方格紙)相接觸
　　F．將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點(diǎn)連成折線(xiàn)
　　【解析】首先必須保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，因此必須通過(guò)調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平；因?yàn)橐?huà)同一運(yùn)動(dòng)的軌跡，所以必須保證每次釋放小球的位置相同且由靜止釋放，以保證獲得相同的初速度；記錄小球位置用的木條(或凹槽)，不必嚴(yán)格的等距離下降，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)只要求描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，從軌跡上研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律；實(shí)驗(yàn)要求小球滾下時(shí)不能碰到木板平面，避免因摩擦(或碰撞)而使運(yùn)動(dòng)軌跡改變；最后軌跡應(yīng)連成平滑的曲線(xiàn)．
　　【答案】ACE
重點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理
　　【例2】在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)記錄了運(yùn)動(dòng)軌跡上三點(diǎn)A、B、C，如圖所示，以A為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，各點(diǎn)坐標(biāo)值已在圖中標(biāo)出，求：
　　(1)小球平拋初速度大小；
　　(2)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初始位置坐標(biāo)。

　　【答案】(1)1.0 m/s；(2)(－10 cm，－5cm)
　　【思維提升】靈活運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)推論及平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是解本題的捷徑。
　　【拓展2】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖所示在水平桌面上放置一個(gè)斜面，讓鋼球從斜面上由靜止?jié)L下，鋼球滾過(guò)桌邊后便做平拋運(yùn)動(dòng)．在鋼球拋出后經(jīng)過(guò)的地方放置一塊水平木板，木板由支架固定成水平，木板所在高度可通過(guò)豎直標(biāo)尺讀出，木板可以上下自由調(diào)節(jié).在木板上固定一張白紙．該同學(xué)在完成裝置后進(jìn)行了如下步驟的實(shí)驗(yàn)：
　　A．實(shí)驗(yàn)前在白紙上畫(huà)一條直線(xiàn)，并在線(xiàn)上標(biāo)出a、b、c三點(diǎn)，且ab＝bc，如圖．量出ab長(zhǎng)度L＝20.00 cm
　　B．讓鋼球從斜面上的某一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中a點(diǎn)，記下此時(shí)木板與桌面的高度差h1＝h
　　C．讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中b點(diǎn)，記下此時(shí)木板與桌面的高度差h2＝h＋10.00cm
　　D．讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調(diào)節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中c點(diǎn)，記下此時(shí)木板與桌面的高度差h3＝h＋30.00cm

　　則該同學(xué)由上述測(cè)量結(jié)果即可粗測(cè)出鋼球的平拋初速度大小v0＝　2.0　m/s，鋼球擊中b點(diǎn)時(shí)其豎直分速度大小為vby＝　1.5　m/s．(已知重力加速度為g＝10m/s2，空氣阻力不計(jì)) ．
重點(diǎn)三、實(shí)驗(yàn)原理分析
　　【例3】如圖所示為頻閃攝影方法拍攝的研究物體做平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的照片，圖中A、B、C為三個(gè)同時(shí)由同一點(diǎn)出發(fā)的小球．AA′為A球在光滑水平面上以速度v運(yùn)動(dòng)的軌跡；BB′為B球以速度v被水平拋出后的運(yùn)動(dòng)軌跡；CC′為C球自由下落的運(yùn)動(dòng)軌跡．通過(guò)分析上述三條軌跡可得出結(jié)論：　　．
　　【解析】仔細(xì)觀察照片可以發(fā)現(xiàn)，B、C兩球在任一曝光瞬間的位置總在同一水平線(xiàn)上，說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)物體B在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與自由落體運(yùn)動(dòng)相同；而A、B兩小球在任一曝光瞬間的位置總在同一豎直線(xiàn)上，說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)物體B在水平方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)相同.所以，做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng).
　　【思維提升】本例題提供了探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)的另一方法，簡(jiǎn)明且較準(zhǔn)確，但需要一定的設(shè)備，如有條件，不妨一試。
　　【拓展3】如圖所示，在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球A沿軌道滑下，離開(kāi)軌道末端(末端水平)時(shí)撞開(kāi)接觸開(kāi)關(guān)S，被電磁鐵吸住的小球B同時(shí)自由下落，改變整個(gè)裝置的高度H做同樣的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)位于同一高度的A、B兩個(gè)小球總是同時(shí)落地，該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了A球在離開(kāi)軌道后(C )
　　A．水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
　　B．水平方向的分運(yùn)動(dòng)是勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
　　C．豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)
　　D．豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
　　【解析】A球平拋的同時(shí)B球自由下落，且兩球在同一高度上，又兩球總是同時(shí)落地，這只能說(shuō)明A球在拋出后豎直方向的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，但并不能說(shuō)明A球的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．
【同步作業(yè)】
　　1．平拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以概括為兩點(diǎn)：①水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，②豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)．為了研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)，可做下面的實(shí)驗(yàn)：如圖所示，用小錘擊打彈性金屬片，使A球水平飛出，同時(shí)松開(kāi)B球，使其做自由落體運(yùn)動(dòng)，結(jié)果兩球同時(shí)落到地面．這個(gè)實(shí)驗(yàn)(　　)
　　A．只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第①條
　　B．只能說(shuō)明上述規(guī)律中的第②條
　　C．不能說(shuō)明上述規(guī)律中的任何一條
　　D．能同時(shí)說(shuō)明上述兩條規(guī)律
　　解析：A球和B球同時(shí)落地，A球的水平初速度并不影響其在豎直方向上的運(yùn)動(dòng)，只能說(shuō)明兩球在豎直方向上滿(mǎn)足同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，故選項(xiàng)B正確．
　　答案：B
　　2．在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中：
　　(1)為使小球水平拋出，必須調(diào)整斜槽，使其末端的切線(xiàn)成水平方向，檢查方法是
_________________________________________________.
　　(2)小球拋出點(diǎn)的位置必須及時(shí)記錄在白紙上，然后從這一點(diǎn)畫(huà)水平線(xiàn)和豎直線(xiàn)作為x軸和y軸，豎直線(xiàn)是用____________________來(lái)確定的．
　　(3)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的軌跡是否準(zhǔn)確的一般方法是：在水平方向從起點(diǎn)處取兩段連續(xù)相等的位移，再作平行于y軸的直線(xiàn)交于曲線(xiàn)兩點(diǎn)，則兩段y軸方向上的位移大小之比為_(kāi)_______．
　　(4)某同學(xué)建立的直角坐標(biāo)系如圖所示．
　　假設(shè)他在安裝實(shí)驗(yàn)裝置和進(jìn)行其余操作時(shí)都準(zhǔn)確無(wú)誤，只有一處失誤，即是________________________．
　　(5)該同學(xué)在軌跡上任取一點(diǎn)M，測(cè)得坐標(biāo)為(x，y)．則初速度的測(cè)量值為_(kāi)_______，真實(shí)值為_(kāi)_____________．
　　
　　3．在研究平拋物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，小方格的邊長(zhǎng)L＝1.6cm，若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度的計(jì)算式為v0＝________(用L、g表示)，其值是________(g＝10m/s2)．小球在b點(diǎn)的速率為_(kāi)_______．(取二位有效數(shù)字)
　　
　　4．(2009•全國(guó)高考)某同學(xué)用圖甲所示裝置做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在坐標(biāo)紙上描出了小球水平拋出后的運(yùn)動(dòng)軌跡，但不慎將畫(huà)有軌跡圖線(xiàn)的坐標(biāo)圖丟失了一部分，剩余部分如圖乙所示，圖乙中水平方向與豎直方向每小格的長(zhǎng)度均代表0.10m，P1、P2和P3是軌跡圖線(xiàn)上的3個(gè)點(diǎn)，P1和P2、P2和P3之間的水平距離相等．
　　完成下列填空：(重力加速度取9.8 m/s2)
　　
　　(1)設(shè)P1、P2和P3的橫坐標(biāo)分別為x1、x2和x3，縱坐標(biāo)分別為y1、y2和y3，從圖乙中可讀出|y1－y2|＝______m，|y1－y3|＝________ m，|x1－x2|＝________ m(保留兩位小數(shù))．
　　(2)若已測(cè)知拋出后小球在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng)，利用(1)中讀取的數(shù)據(jù)，可求出小球從P1運(yùn)動(dòng)到P2所用的時(shí)間為_(kāi)_______s，小球拋出后的水平速度為_(kāi)_______ m/s(均可用根號(hào)表示)．
　　(3)已測(cè)得小球拋出前下滑的高度為0.50m，設(shè)E1和E2分別為開(kāi)始下滑時(shí)和拋出時(shí)的機(jī)械能，則小球從開(kāi)始下滑到拋出的過(guò)程中機(jī)械能的相對(duì)損失E1－E2E1×100%＝________%(保留兩位有效數(shù)字)．
　　
　　5．如圖所示，在用斜槽軌道做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過(guò)描點(diǎn)法畫(huà)出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡．
　　
　　(1)為了能較準(zhǔn)確地描出運(yùn)動(dòng)軌跡，下面列出了一些操作要求，不正確的是(　　)
　　A．通過(guò)調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平
　　B．每次釋放小球的位置可以不同
　　C．每次必須由靜止釋放小球
　　D．小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙(或方格紙)相接觸
　　(2)圖中A、B、C、D為某同學(xué)描繪的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡上的幾個(gè)點(diǎn)，已知方格邊長(zhǎng)為L(zhǎng).則小球的初速度v0＝________，B點(diǎn)的速度大小vb＝__________.(重力加速度為g)
　　

　　6．某同學(xué)做平拋物體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不慎未定好原點(diǎn)，只畫(huà)了豎直線(xiàn)，而且只描出了平拋物體后一部分的軌跡，如圖所示，依此圖加一把刻度尺，如何計(jì)算出平拋物體的初速度v0?

點(diǎn)擊返回《高考物理第一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)》安排表

愛(ài)華網(wǎng)本文地址 » http://www.klfzs.com/a/25101017/338957.html