（新課改省份專用）2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第四章 第3節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)學(xué)案（含解析）.doc

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第3節(jié)　實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．用實(shí)驗(yàn)的方法描出平拋運(yùn)動的軌跡。 2．用實(shí)驗(yàn)軌跡求解平拋物體的初速度。 二、實(shí)驗(yàn)原理 使小球做平拋運(yùn)動，利用描跡法描繪小球的運(yùn)動軌跡，建立坐標(biāo)系，測出軌跡曲線上某一點(diǎn)的坐標(biāo)x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，可得v0＝x 。 三、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟 1．按實(shí)驗(yàn)原理圖甲安裝實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽末端水平。 2．以水平槽末端端口上小球球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O，過O點(diǎn)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(yùn)動中碰到筆尖，就用鉛筆在該位置畫上一點(diǎn)。用同樣方法，在小球運(yùn)動路線上描下若干點(diǎn)。 4．將白紙從木板上取下，從O點(diǎn)開始連接畫出的若干點(diǎn)描出一條平滑的曲線，如實(shí)驗(yàn)原理圖乙所示。 五、數(shù)據(jù)處理 1．判斷平拋運(yùn)動的軌跡是不是拋物線 (1)原理：若平拋運(yùn)動的軌跡是拋物線，則當(dāng)以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系后，軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)具有y＝ax2的關(guān)系，且同一軌跡上a是一個(gè)特定的值。 (2)驗(yàn)證方法 方法一：代入法 用刻度尺測量幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)，分別代入y＝ax2中求出常數(shù)a，看計(jì)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yx2坐標(biāo)系，根據(jù)所測量的各個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值分別計(jì)算出對應(yīng)y值的x2值，在yx2坐標(biāo)系中描點(diǎn)，連接各點(diǎn)看是否在一條直線上，并求出該直線的斜率即為a值。 2．計(jì)算平拋運(yùn)動的初速度 (1)平拋軌跡完整(即含有拋出點(diǎn)) 在軌跡上任取一點(diǎn)，測出該點(diǎn)離原點(diǎn)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(diǎn)) 如圖所示，在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C，使A、B間及B、C間的水平距離相等，由平拋運(yùn)動的規(guī)律可知，A、B間與B、C間所用時(shí)間相等，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(dǎo)致初速度不水平。 2．坐標(biāo)原點(diǎn)不夠精確等。 七、注意事項(xiàng) 1．固定斜槽時(shí)，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(shí)，木板必須處在豎直平面內(nèi)且與小球運(yùn)動軌跡所在的豎直平面平行，固定時(shí)要用重錘線檢查坐標(biāo)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(gè)擋板。 4．要在斜槽上適當(dāng)高度釋放小球，使它以適當(dāng)?shù)乃匠跛俣葤伋?，其軌跡由木板左上角到達(dá)右下角，這樣可以減小測量誤差。 5．坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)。 6．計(jì)算小球的初速度時(shí)，應(yīng)選距拋出點(diǎn)稍遠(yuǎn)一些的點(diǎn)為宜，以便于測量和計(jì)算。 [基礎(chǔ)考法] 1．(2017浙江4月選考)在“研究平拋運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)中， (1)圖1是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的________。 A．球心 B．球的上端 C．球的下端 在此實(shí)驗(yàn)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(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些 C．用光滑曲線把所有的點(diǎn)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裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動的頻閃照片，由照片可判斷實(shí)驗(yàn)操作錯誤的是________。 A．釋放小球時(shí)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(xì)水柱顯示平拋運(yùn)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(yùn)動軌跡的方法及實(shí)驗(yàn)原理知，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球的上端，所以選B。 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些，能夠保證描點(diǎn)所得的軌跡更平滑，選項(xiàng)B正確；描點(diǎn)時(shí)與平滑曲線偏差過大的點(diǎn)需舍去，選項(xiàng)C錯誤；y軸必須是豎直方向，即用重錘線確定，即選項(xiàng)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(yùn)動，選項(xiàng)C符合題意。 (3)插入瓶中的另一根吸管的管口處壓強(qiáng)等于大氣壓，要低于液面使兩根吸管管口的壓強(qiáng)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(shí)間內(nèi)能夠得到穩(wěn)定的細(xì)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(yùn)動的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)。 (1)以下哪些操作可能引起實(shí)驗(yàn)誤差________(多選)。 A．安裝斜槽時(shí)，斜槽末端切線方向不水平 B．確定Oy軸時(shí)，沒有用重錘線 C．斜槽不是絕對光滑的，有一定摩擦 D．每次從軌道同一位置釋放小球 (2)某同學(xué)用一張印有小方格的紙記錄小球的運(yùn)動軌跡，小方格的邊長L＝1.25 cm，若小球在平拋運(yùn)動途中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計(jì)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(diǎn)的速率是________ m/s(保留兩位有效數(shù)字)。 解析：(1)安裝斜槽時(shí)，斜槽末端切線方向不水平，小球不能做平拋運(yùn)動，會引起實(shí)驗(yàn)誤差，故A正確；確定Oy軸時(shí)，沒有用重錘線，會引起實(shí)驗(yàn)誤差，故B正確；斜槽不光滑對實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(gè)同學(xué)在“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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) (1)物體拋出時(shí)的初速度為________ m/s； (2)物體經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)豎直分速度為________ m/s； (3)拋出點(diǎn)在A點(diǎn)上方的高度為________ m處。 解析：(1)平拋運(yùn)動在豎直方向的分運(yùn)動為自由落體運(yùn)動，則有：h2－h(huán)1＝gT2，解得：T＝ ＝0.1 s，水平方向做勻速直線運(yùn)動，則平拋運(yùn)動的初速度為v0＝＝4 m/s。 (2)根據(jù)自由落體運(yùn)動的性質(zhì)，得B點(diǎn)豎直分速度 vyB＝＝2.5 m/s。 (3)拋出點(diǎn)離B點(diǎn)的豎直高度hB＝＝ m＝0.312 5 m，故拋出點(diǎn)離A點(diǎn)豎直的高度為hA＝hB－h(huán)1＝0.112 5 m，即拋出點(diǎn)在A點(diǎn)上方的高度為0.112 5 m處。 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(yùn)動時(shí)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(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間________(填“小于”“等于”或“大于”)從B點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間；照相機(jī)的閃光頻率為________ Hz；小球拋出時(shí)的初速度大小為________ m/s，小球在B點(diǎn)的速率是________ m/s(可用根號表示)。 解析：水平方向的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)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(shí)間相等。 在豎直方向上有：Δh＝gT2，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?yàn)閯蛩龠\(yùn)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(diǎn)豎直方向的速度為： vy＝ m/s＝3 m/s 所以小球在B點(diǎn)的速率為： vB＝ ＝ m/s＝ m/s。 答案：等于　10　2.5　 5．(2019安徽蕭城中學(xué)質(zhì)檢)某同學(xué)在研究平拋運(yùn)動時(shí)，發(fā)現(xiàn)原來的實(shí)驗(yàn)方法不容易確定平拋小球在運(yùn)動中的準(zhǔn)確位置。于是，如圖所示，在實(shí)驗(yàn)中用了一塊平木板附上復(fù)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(dǎo)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(yùn)動可以知道：A到B和B到C的時(shí)間相同，設(shè)為T，因此根據(jù)勻變速直線運(yùn)動規(guī)律有：Δh＝(y2－y1)－y1＝gT2 水平方向小球做勻速運(yùn)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