《（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線運動 3 實驗：研究平拋運動學(xué)案 新人教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線運動 3 實驗：研究平拋運動學(xué)案 新人教版必修2（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、（浙江專用）2022-2023學(xué)年高中物理 第五章 曲線運動 3 實驗：研究平拋運動學(xué)案 新人教版必修2學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道用實驗獲得平拋運動軌跡的方法與步驟2會根據(jù)平拋運動的軌跡計算平拋運動的初速度3掌握描跡法、頻閃照相法等探究實驗的常用方法.考試要求學(xué)考選考一、描繪平拋運動的軌跡1實驗原理用描跡法(或噴水法或頻閃照相法)得到物體平拋運動的軌跡2實驗器材斜槽、小球、方木板、圖釘、刻度尺、鉛垂線、鉛筆、白紙、鐵架臺3實驗步驟(1)按圖1甲所示安裝實驗裝置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好靜止)圖1(2)以水平槽末端端口上小球球心在木板上的投影點為坐標(biāo)原點O，過O點畫出豎直的y軸和水平的x軸(3)

2、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點開始通過畫出的若干點描出一條平滑的曲線，如圖乙所示4注意事項(1)實驗中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平(將小球放在斜槽末端水平部分，若小球靜止，則斜槽末端水平)(2)方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時要用鉛垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直(3)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放(4)坐標(biāo)原點不是槽口的端點，應(yīng)是小球出槽口時球心在木板上的投影點(5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運動的軌跡由白紙的左上角一直到

3、達右下角為宜二、判斷平拋運動的軌跡是不是拋物線1數(shù)據(jù)處理方法一公式法(1)原理：若平拋運動的軌跡是拋物線，則當(dāng)以拋出點為坐標(biāo)原點，建立直角坐標(biāo)系后，軌跡上各點的坐標(biāo)應(yīng)具有yax2的關(guān)系，而且同一軌跡a是一個特定的值(2)驗證方法用刻度尺測量幾個點的x、y坐標(biāo)，分別代入yax2中求出常量a，看計算得到的a值在誤差允許的范圍內(nèi)是否是一個常數(shù)方法二圖象法建立yx2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個點的x、y坐標(biāo)值分別得到對應(yīng)的y值和x2值，在yx2坐標(biāo)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計算初速度在小球平拋運動軌跡上任取一點，用刻度尺(三角板)測出它們的坐標(biāo)(x，y)，利用公式y(tǒng)

4、gt2和xv0t，求出小球做平拋運動的初速度v0(g已知)，多求幾個點，然后求出v0的平均值.一、平拋運動的原理與實驗操作例1(2017浙江4月選考科目考試)在“研究平拋運動”實驗中(1)圖2是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點，確定平拋運動軌跡的方法，坐標(biāo)原點應(yīng)選小球在斜槽末端點時的_圖2A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_A斜槽軌道必須光滑B記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些C用光滑曲線把所有的點連接起來Dy軸的方向根據(jù)重錘線確定(2)圖3是利用圖2裝置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_圖3A釋放小球時初速度不為0B釋放小球的初始位置不同C斜槽末端切

5、線不水平(3)圖4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_圖4答案(1)BBD(2)C(3)B1為保證小球做平拋運動，必須使斜槽的末端水平2為保證小球每次平拋的初速度相同，必須讓小球從同一位置由靜止釋放，如果用細水柱顯示軌跡，必須保證管口處的壓強不變二、計算平拋運動的初速度計算平拋運動的初速度可以分為兩種情況(1)平拋軌跡完整(即含有拋出點)在軌跡上任取一點，測出該點離坐標(biāo)原點的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0.因xv0t，ygt2，故v0x .(2)平拋軌跡殘缺(即無拋出點)在軌跡上任取三點A、B、C(如圖5所示)，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運動的規(guī)

6、律可知A、B間與B、C間所用時間相等，設(shè)為t，則hhBChABgt2t所以初速度v0x .圖5例2某同學(xué)在做“研究平拋運動”實驗時得到了如圖6所示的運動軌跡，a、b、c三點的位置在運動軌跡上已標(biāo)出，則：圖6(1)小球平拋的初速度為_m/s.(g取10 m/s2)(2)小球運動到b點時速度大小vb_，方向_(3)小球拋出點的位置坐標(biāo)x_cm，y_cm.答案(1)2(2)2.5 m/s與x軸方向夾角為37(3)101.25解析(1)由平拋運動公式，在x軸方向上xabv0T，在豎直方向上hbchabgT 2，代入數(shù)據(jù)解得T0.1 s，v02 m/s.(2)小球經(jīng)過b點時豎直分速度vby1.5 m/s

7、，則vb2.5 m/s，與x軸方向的夾角為，tan ，即37.(3)小球從開始運動到經(jīng)過b點時歷時tb0.15 s，說明小球經(jīng)過a點時已經(jīng)運動了ta0.05 s，所以小球拋出點的坐標(biāo)xv0ta10 cm，ygt a 21.25 cm.【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗操作及用已知拋出點的軌跡求初速度根據(jù)平拋運動軌跡測定初速度時，不要隨便把題目所提供的第一個記錄點當(dāng)成平拋運動的拋出點可利用自由落體運動在豎直方向上連續(xù)相同時間內(nèi)下落高度之比為135的關(guān)系來判斷第一個記錄點是否為拋出點，若不是，只能由hgT2求出時間間隔三、創(chuàng)新實驗設(shè)計例3某同學(xué)設(shè)計了一個研究平拋運動的實驗實驗裝置示意圖如

8、圖7甲所示，A是一塊平面木板，在其上等間隔地開鑿出一組平行的插槽(圖中P0P0、P1P1、)，槽間距離均為d.把覆蓋復(fù)寫紙的白紙鋪貼在平面硬板B上實驗時依次將B板插入A板的各插槽中，每次讓小球從斜軌道的同一位置由靜止釋放每打完一點后，把B板插入后一槽中并同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d.實驗得到小球在白紙上打下的若干痕跡點，如圖乙所示圖7(1)實驗前應(yīng)對實驗裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到_每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了_.(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d，是為了_(3)在圖乙中繪出小球做平拋運動的軌跡答案見解析解析本實驗把小球通過的水平相等位移(即槽間距離d)，巧妙轉(zhuǎn)化為題圖中x軸上通過相同的位移(即向紙

9、內(nèi)側(cè)平移距離d)，而豎直方向確定的落點為豎直位置，因而可畫出平拋運動的軌跡(1)根據(jù)實驗設(shè)計方案，實驗前應(yīng)對實驗裝置進行調(diào)節(jié)，使斜軌道末端切線水平，以保證小球飛出時的速度沿水平方向，小球做平拋運動每次讓小球從同一位置由靜止釋放的目的是使小球每次做平拋運動的初速度相同，軌跡相同(2)每次將B板向內(nèi)側(cè)平移距離d是為了保持記錄紙上每兩點之間的水平距離相同(3)如圖所示(注意要用平滑的曲線連接)【考點】研究平拋運動的創(chuàng)新性實驗【題點】研究平拋運動的創(chuàng)新性實驗1本實驗中，把小球的平拋運動的軌跡由紙面內(nèi)轉(zhuǎn)換到垂直紙面的平面內(nèi)2B板每向右平移距離d，同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d，使轉(zhuǎn)換具有等效性.1(實驗方案的

10、設(shè)計)(2018浙江省名校新高考研究聯(lián)盟第二次聯(lián)考)在探究平拋運動的規(guī)律時，可以選用如圖8所示的各種裝置圖，則以下操作合理的是()圖8A選用裝置圖甲研究平拋物體的豎直分運動時，可多次改變小球距地面的高度，但必須控制每次打擊的力度不變B選用裝置圖乙并要獲得穩(wěn)定的細水柱顯示出平拋運動的軌跡，豎直管上端A一定要低于水面C選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運動的軌跡，每次不一定從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球D選用裝置圖丙并要獲得鋼球做平拋運動的軌跡，要以槽口的端點為原點建立坐標(biāo)系答案B解析要根據(jù)自由落體運動比較平拋運動豎直方向上的運動性質(zhì)，與水平方向上的運動無關(guān)，而擊打力度只影響水平方向上的速度，所以不需

11、要控制每次的擊打力度，A錯誤；A管內(nèi)與大氣相通，為外界大氣壓強，A管在水面下保證A管上出口處的壓強為大氣壓強，因而另一出水管的上端口處壓強與A管上出口處的壓強有恒定的壓強差，保證另一出水管出水壓強恒定，從而出水速度恒定，B正確；選用裝置圖丙要獲得鋼球的平拋軌跡，每次一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，這樣才能保證初速度相同，故C錯誤；建立坐標(biāo)系時，以斜槽末端端口上方小球球心在木板上的投影點為坐標(biāo)原點，D錯誤2.(初速度的計算)(2018浙江4月選考科目考試)圖9是小球做平拋運動的頻閃照片，其上覆蓋了一張透明方格紙已知方格紙每小格的邊長均為0.80 cm.由圖可知小球的初速度大小為_ m/s(

12、g10 m/s2，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)圖9答案0.70(0.660.74均可)解析方法一水平方向做勻速直線運動，相鄰兩點間水平位移3.5lv0T豎直方向yy2y12lgT 2將l0.8102 m代入可得：v00.70 m/s方法二四個位置間的豎直分位移之比為135，故可知第一個球的位置為拋出點由lgt2 , 3.5lv0t，將l0.8102 m代入可得：v00.70 m/s.3(實驗操作及速度的計算)如圖10所示，在“研究平拋運動”的實驗中，可以描繪出小球平拋運動的軌跡，實驗簡要步驟如下：圖10A讓小球多次從_釋放，在一張印有小方格的紙上記下小球經(jīng)過的一系列位置，如圖中a、b、c、d所示B安

13、裝好器材，注意_，記下平拋初位置O點和過O點的水平線與豎直線C取下方格紙，以O(shè)為原點，以水平線為x軸，豎直線為y軸建立直角坐標(biāo)系，用平滑曲線畫出小球做平拋運動的軌跡(1)完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上(2)上述實驗步驟的合理順序是_(3)已知圖中小方格的邊長L1.25 cm，則小球平拋的初速度為v0_(用L、g表示)，其值是_(取g9.8 m/s2)(4)b點的速度vb_.(用L、g表示)答案(1)同一位置靜止斜槽末端切線水平(2)BAC(3)20.7 m/s(4)解析(1)這種方法，需讓小球重復(fù)同一個平拋運動多次，才能記錄出小球的一系列位置，故必須讓小球每次由同一位置靜止釋放斜槽末端切

14、線水平，小球才會做平拋運動(3)由ygT 2得相鄰兩點之間的時間間隔T，所以小球的初速度v02，代入數(shù)據(jù)得v00.7 m/s.(4)vby，由vb得vb.【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗操作及用未知拋出點的軌跡求初速度1利用如圖1所示的裝置研究平拋運動的特點，讓小球多次沿同一軌跡運動，通過描點法畫小球做平拋運動的軌跡，為了能較準(zhǔn)確地描繪運動軌跡，下面說法不正確的是()圖1A通過調(diào)節(jié)使斜槽的末端保持水平B每次釋放小球的位置必須不同C每次必須在斜槽上的同一位置由靜止釋放小球D小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙(或坐標(biāo)紙)相接觸答案B解析要使小球做平拋運動，斜槽軌道末端必須水平，A正確要使小球

15、每次拋出的初速度相等，釋放小球時必須在斜槽上同一位置由靜止釋放，B錯誤，C正確小球離開軌道后，僅受重力作用，不能有摩擦，D正確【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗操作、注意事項和誤差分析2在“研究平拋運動”的實驗中，為了求小球做平拋運動的初速度，需直接測的數(shù)據(jù)有(重力加速度g已知)()小球開始滾下的高度小球在空中飛行的時間運動軌跡上某點P的水平坐標(biāo)運動軌跡上某點P的豎直坐標(biāo)A B C D答案C解析由平拋運動規(guī)律，豎直方向ygt2，水平方向xv0t，因此v0x，可見只要測得軌跡上某點P的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，就可求出初速度v0，故C項正確【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗操作

16、、注意事項和誤差分析3.如圖2所示，在粗糙水平桌面上用練習(xí)本做成一個斜面，使小鋼球從斜面上某一位置滾下，鋼球沿桌面飛出后做平拋運動用刻度尺測出下列哪一組數(shù)據(jù)可以求出鋼球離開水平桌面時的速度(重力加速度為g)()圖2A鋼球在練習(xí)本上滾下的距離、鋼球釋放點離桌面的高度B水平桌面的高度、鋼球落地點與桌邊的水平距離C鋼球釋放點離桌面的高度、鋼球在水平桌面上運動的距離D鋼球釋放點離桌面的高度、鋼球落地點與桌邊的水平距離答案B解析鋼球沿桌面飛出后做平拋運動，根據(jù)平拋運動規(guī)律得ygt2，xv0t，聯(lián)立解得v0x，故要求出鋼球離開水平桌面時的速度，需測量水平桌面的高度y、鋼球落地點與桌邊的水平距離x，B項正確

17、【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗原理4兩個同學(xué)根據(jù)不同的實驗條件，進行了“研究平拋運動”的實驗：圖3(1)甲同學(xué)采用如圖3甲所示的裝置用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明_.(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使ACBD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷

18、電源，使兩小球同時以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出實驗可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是_僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明_.答案(1)做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動(2)P球擊中Q球做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動解析(1)通過對照實驗，說明兩球具有等時性，由此說明做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動(2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運動情況相同，說明平拋運動的水平分運動是勻速直線運動5如圖4甲是研究平拋運動的實驗裝置圖，圖乙是實驗后在白紙上作的圖圖4(1)在圖甲上標(biāo)出O點及Ox、Oy軸，并說明這兩條坐標(biāo)軸是如何作出的(2)固定斜

19、槽軌道時應(yīng)注意使_(3)實驗過程中需經(jīng)過多次釋放小球才能描繪出小球平拋運動的軌跡，實驗中應(yīng)注意_(4)計算小球平拋初速度的公式v0_，根據(jù)圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v0_ m/s.(g取9.8 m/s2)答案(1)見解析(2)軌道末端切線沿水平方向(3)使小球每次都從同一位置無初速度滾下(4)x1.6解析(1)如圖所示，斜槽末端小球球心在白紙上的投影為O點，從O點開始作平行于鉛垂線向下的直線為Oy軸，再垂直于Oy作Ox軸(2)為了保證小球離開斜槽時的速度沿水平方向，應(yīng)調(diào)整斜槽使軌道末端切線沿水平方向(3)為了保證小球每次做平拋運動的軌跡一致，要求它的初速度相同，故每次都讓小球從斜槽的同一位置無初

20、速度滾下(4)由于xv0t，ygt2，故初速度v0x，根據(jù)題圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v01.6 m/s.【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗操作及用已知拋出點的軌跡求初速度6甲同學(xué)在做“測量平拋運動的初速度”的課題研究時，得到如圖5所示一小球做平拋運動的頻閃照片的一部分，圖中每個方格邊長為5 cm，g取10 m/s2，則頻閃頻率是_ Hz，小球做平拋運動的初速度v 0_ m/s.圖5答案102解析因為xABxBC，所以tABtBC，在豎直方向上，由ygT 2得(70.0550.05) m10 m/s2T 2，解得T0.1 s，故頻閃頻率為10 Hz.水平速度v0 m/s2 m/s.【考點】研究平拋運動的基礎(chǔ)性實驗【題點】實驗操作及用未知拋出點的軌跡求初速度