(新課改省份專用)2020版高考物理一輪復習 第四章 第3節(jié) 實驗:探究平拋運動的特點學案(含解析)

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1、第3節(jié) 實驗:探究平拋運動的特點 一、實驗目的 1.用實驗的方法描出平拋運動的軌跡。 2.用實驗軌跡求解平拋物體的初速度。 二、實驗原理 使小球做平拋運動,利用描跡法描繪小球的運動軌跡,建立坐標系,測出軌跡曲線上某一點的坐標x和y,由公式:x=v0t和y=gt2,可得v0=x 。 三、實驗器材(以斜槽法為例) 斜槽(帶小球)、木板及豎直固定支架、白紙、圖釘、重錘線、三角板、鉛筆、刻度尺。 [部分器材用途] 重錘線 畫出豎直方向的y軸 三角板 畫出水平方向的x軸 四、實驗步驟 1.按實驗原理圖甲安裝實驗裝置,使斜槽末端水平。 2.以水平槽末端端口上小球球

2、心位置為坐標原點O,過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸。 3.使小球從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下,把筆尖放在小球可能經(jīng)過的位置上,如果小球運動中碰到筆尖,就用鉛筆在該位置畫上一點。用同樣方法,在小球運動路線上描下若干點。 4.將白紙從木板上取下,從O點開始連接畫出的若干點描出一條平滑的曲線,如實驗原理圖乙所示。 五、數(shù)據(jù)處理 1.判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線 (1)原理:若平拋運動的軌跡是拋物線,則當以拋出點為坐標原點建立直角坐標系后,軌跡上各點的坐標具有y=ax2的關(guān)系,且同一軌跡上a是一個特定的值。 (2)驗證方法 方法一:代入法 用刻度尺測量幾個點的x、y坐標,分別代入y

3、=ax2中求出常數(shù)a,看計算得到的a值在誤差范圍內(nèi)是否為一常數(shù)。 方法二:圖像法 建立y-x2坐標系,根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標值分別計算出對應y值的x2值,在y-x2坐標系中描點,連接各點看是否在一條直線上,并求出該直線的斜率即為a值。 2.計算平拋運動的初速度 (1)平拋軌跡完整(即含有拋出點) 在軌跡上任取一點,測出該點離原點的水平位移x及豎直位移y,就可求出初速度v0。因x=v0t,y=gt2,故v0=x 。 (2)平拋軌跡殘缺(即無拋出點) 如圖所示,在軌跡上任取三點A、B、C,使A、B間及B、C間的水平距離相等,由平拋運動的規(guī)律可知,A、B間與B、C間所用時間相等

4、,設(shè)為t, 則Δh=hBC-h(huán)AB=gt2 所以t= , 所以初速度 v0==x 。 六、誤差分析 1.斜槽末端沒有調(diào)節(jié)成水平狀態(tài),導致初速度不水平。 2.坐標原點不夠精確等。 七、注意事項 1.固定斜槽時,要保證斜槽末端的切線水平,保證小球的初速度水平。 2.固定木板時,木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運動軌跡所在的豎直平面平行,固定時要用重錘線檢查坐標紙豎線是否豎直。 3.小球每次從斜槽上的同一位置由靜止釋放,為此,可在斜槽上某一位置固定一個擋板。 4.要在斜槽上適當高度釋放小球,使它以適當?shù)乃匠跛俣葤伋?,其軌跡由木板左上角到達右下角,這樣可以減小測量誤差。 5.

5、坐標原點不是槽口的端點,應是小球出槽口時球心在木板上的投影點。 6.計算小球的初速度時,應選距拋出點稍遠一些的點為宜,以便于測量和計算。 [基礎(chǔ)考法] 1.(2017·浙江4月選考)在“研究平拋運動”實驗中, (1)圖1是橫擋條卡住平拋小球,用鉛筆標注小球最高點,確定平拋運動軌跡的方法,坐標原點應選小球在斜槽末端點時的________。 A.球心 B.球的上端 C.球的下端 在此實驗中,下列說法正確的是________。(多選) A.斜槽軌道必須光滑 B.記錄的點應適當多一些 C.用光滑曲線把所有的點連接起來 D.y軸的方向根據(jù)重錘線確定 (2)圖2是利用圖1裝置

6、拍攝小球做平拋運動的頻閃照片,由照片可判斷實驗操作錯誤的是________。 A.釋放小球時初速度不為0 B.釋放小球的初始位置不同 C.斜槽末端切線不水平 (3)圖3是利用穩(wěn)定的細水柱顯示平拋運動軌跡的裝置,其中正確的是________。 解析:(1)由題干中確定小球平拋運動軌跡的方法及實驗原理知,坐標原點應選小球的上端,所以選B。 實驗過程中,斜槽軌道不一定光滑,只要能夠保證小球從同一位置靜止釋放,即使軌道粗糙,摩擦力做功是相同的,離開斜槽末端的速度就是一樣的,所以A錯誤;記錄點應適當多一些,能夠保證描點所得的軌跡更平滑,選項B正確;描點時與平滑曲線偏差過大的點需舍去,選項

7、C錯誤;y軸必須是豎直方向,即用重錘線確定,即選項D正確。 (2)由題圖可知斜槽末端切線不水平,才會造成斜拋運動,選項C符合題意。 (3)插入瓶中的另一根吸管的管口處壓強等于大氣壓,要低于液面使兩根吸管管口的壓強差保持不變,目的就是為了保證水流流速不因瓶內(nèi)水面下降而減小,可保證一段時間內(nèi)能夠得到穩(wěn)定的細水柱,所以選B。 答案:(1)B BD (2)C (3)B 2.用平拋儀做“探究平拋運動的特點”實驗。 (1)以下哪些操作可能引起實驗誤差________(多選)。 A.安裝斜槽時,斜槽末端切線方向不水平 B.確定Oy軸時,沒有用重錘線 C.斜槽不是絕對光滑的,有一定摩擦 D.

8、每次從軌道同一位置釋放小球 (2)某同學用一張印有小方格的紙記錄小球的運動軌跡,小方格的邊長L=1.25 cm,若小球在平拋運動途中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示,則小球平拋的初速度的計算式為v0=________(用L、g表示),其值是________ m/s(取g=9.8 m/s2)。小球在b點的速率是________ m/s(保留兩位有效數(shù)字)。 解析:(1)安裝斜槽時,斜槽末端切線方向不水平,小球不能做平拋運動,會引起實驗誤差,故A正確;確定Oy軸時,沒有用重錘線,會引起實驗誤差,故B正確;斜槽不光滑對實驗沒有影響,只要讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放,保證初速度相等即可,故

9、C、D錯誤。 (2)在豎直方向上,根據(jù)Δy=L=gT2,解得T= ,則初速度為:v0==2,代入數(shù)據(jù)得: v0=2× m/s=0.70 m/s。 b點的豎直分速度為:vyb==, 根據(jù)平行四邊形定則知:vb= = m/s≈0.88 m/s。 答案:(1)AB (2)2 0.70 0.88 3.(2018·武漢常青一中模擬)一個同學在“探究平拋運動的特點”實驗中,只畫出了如圖所示的一部分曲線,于是他在曲線上取水平距離Δx相等的三點A、B、C,量得Δx=0.4 m。又量出它們之間的豎直距離分別為h1=0.2 m,h2=0.3 m,利用這些數(shù)據(jù),可求得:(g取10 m/s2) (

10、1)物體拋出時的初速度為________ m/s; (2)物體經(jīng)過B點時豎直分速度為________ m/s; (3)拋出點在A點上方的高度為________ m處。 解析:(1)平拋運動在豎直方向的分運動為自由落體運動,則有:h2-h(huán)1=gT2,解得:T= =0.1 s,水平方向做勻速直線運動,則平拋運動的初速度為v0==4 m/s。 (2)根據(jù)自由落體運動的性質(zhì),得B點豎直分速度 vyB==2.5 m/s。 (3)拋出點離B點的豎直高度hB== m=0.312 5 m,故拋出點離A點豎直的高度為hA=hB-h(huán)1=0.112 5 m,即拋出點在A點上方的高度為0.112 5 m處

11、。 答案:(1)4 (2)2.5 (3)0.112 5 4.(2019·山東臨沂聯(lián)考)如圖為研究小球的平拋運動時拍攝的閃光照片的一部分,其背景是邊長為5 cm的小方格,重力加速度g取10 m/s2,由圖可知:小球從A點運動到B點經(jīng)歷的時間________(填“小于”“等于”或“大于”)從B點運動到C點經(jīng)歷的時間;照相機的閃光頻率為________ Hz;小球拋出時的初速度大小為________ m/s,小球在B點的速率是________ m/s(可用根號表示)。 解析:水平方向的運動是勻速直線運動,從A到B和從B到C水平方向的位移相同,所以經(jīng)歷的時間相等。 在豎直方向上有:Δh=gT2

12、,其中Δh=10 cm,代入求得: T=0.1 s, 因此閃光頻率為:f==10 Hz 水平方向為勻速運動,有:s=v0t,選AB段:其中s=5l=25 cm,t=T=0.1 s,代入解得:v0=2.5 m/s 小球在B點豎直方向的速度為: vy= m/s=3 m/s 所以小球在B點的速率為: vB= = m/s= m/s。 答案:等于 10 2.5  5.(2019·安徽蕭城中學質(zhì)檢)某同學在研究平拋運動時,發(fā)現(xiàn)原來的實驗方法不容易確定平拋小球在運動中的準確位置。于是,如圖所示,在實驗中用了一塊平木板附上復寫紙和白紙,豎直立于正對槽口前某處,使小球從斜槽上滑下,小

13、球撞在木板上留下痕跡A,將木板向后移動距離x,再使小球從斜槽上同樣高度滑下,小球撞在木板上留下痕跡B,將木板再向后移動距離x,小球再從斜槽上同樣高度滑下,再得到痕跡C。A、B間距離y1,A、C間距離y2。若測得木板后移距離x=10 cm,測得y1=6.0 cm,y2=16.0 cm。 (1)根據(jù)以上物理量導出測量小球初速度公式v0=________(用題中所給字母表示)。 (2)小球初速度值為________。(保留兩位有效數(shù)字,g取9.8 m/s2) 解析:(1)由平拋物體水平方向勻速運動可以知道:A到B和B到C的時間相同,設(shè)為T,因此根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律有:Δh=(y2-y1)-y1=gT2 水平方向小球做勻速運動,故有:v0= 解得:v0=x 。 (2)根據(jù)題意代入數(shù)據(jù)可知:v0=x =1.6 m/s。 答案:(1)x  (2)1.6 m/s 7

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