實(shí)驗(yàn)五探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).2.會(huì)通過描繪的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算物體的初速度.二、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解原理,平拋運(yùn)動(dòng)可看作沿豎直方向和水平方向的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).在水平和豎直兩個(gè)方向中,先研究其中一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,再設(shè)法分析另外一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.三、實(shí)驗(yàn)器材1.探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)器材:小錘一個(gè)、兩個(gè)相同的小鐵球、平拋豎落儀一個(gè).2.探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)器材:斜槽、鋼球、白紙、復(fù)寫紙、鉛垂線、鉛筆、平拋鐵架臺(tái)(有背板及水平放置的可上下調(diào)節(jié)的擋板).四、實(shí)驗(yàn)步驟1.探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)如圖甲所示,用小錘擊打彈性金屬片后,A球沿水平方向拋出,做平拋運(yùn)動(dòng);同時(shí)B球被松開,自由下落.A、B兩球同時(shí)開始運(yùn)動(dòng).觀察兩球哪個(gè)先落地.分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度,多次重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)時(shí),也可以用耳朵“聽”來判斷兩球落地時(shí)刻的先后.2.探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)在圖乙所示的裝置中,斜槽M末端水平.鋼球在斜槽中從某一高度滾下,從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng).在裝置中有一個(gè)水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板N,鋼球飛出后,落到擋板上.實(shí)驗(yàn)前,先將一張白紙和復(fù)寫紙固定在裝置的背板上.鋼球落到傾斜的擋板上后,就會(huì)擠壓復(fù)寫紙,在白紙上留下印跡.上下調(diào)節(jié)擋板N,通過多次實(shí)驗(yàn),在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置.最后,用平滑曲線把這些印跡連接起來,就得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.五、數(shù)據(jù)處理1.平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)觀察發(fā)現(xiàn),A、B兩球同時(shí)落地.改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度,重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),兩球在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和A球的水平初速度大小發(fā)生改變,但A、B兩球總是同時(shí)落地.說明A球在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)與B球完全相同,平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng).2.平拋運(yùn)動(dòng)水平方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)以小球出槽口時(shí)球心在白紙上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),以水平方向?yàn)閤軸,以豎直方向?yàn)閥軸,建立坐標(biāo)系.因?yàn)槠綊佭\(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng),所以從起點(diǎn)開始,相鄰相等時(shí)間間隔的豎直分位移之比為1∶3∶5∶…,據(jù)此可確定相等的時(shí)間間隔小球所在的位置,在x軸上從O點(diǎn)起,量出相等時(shí)間間隔內(nèi)的水平位移,可知各段位移相等,故平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng).3.平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)由實(shí)驗(yàn)探究可知,平拋運(yùn)動(dòng)是水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).六、誤差分析1.A、B兩球由于不完全相同,因而在空中所受阻力不同,產(chǎn)生誤差.2.探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)時(shí),用小錘擊打彈性金屬片時(shí),A球不能完全水平飛出,B球不能立即被松開,同時(shí)下落,產(chǎn)生誤差.3.安裝斜槽時(shí),其末端切線不水平,導(dǎo)致小球離開斜槽后不做平拋運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生誤差.4.建立坐標(biāo)系時(shí),坐標(biāo)原點(diǎn)的位置確定不準(zhǔn)確,導(dǎo)致軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)不準(zhǔn)確,產(chǎn)生誤差.5.小球每次自由滾下時(shí)起始位置不完全相同,導(dǎo)致軌跡出現(xiàn)誤差.6.確定小球運(yùn)動(dòng)的位置時(shí)不準(zhǔn)確,會(huì)導(dǎo)致誤差.7.量取軌跡上各點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)不準(zhǔn)確,會(huì)導(dǎo)致誤差.七、注意事項(xiàng)1.用小錘水平擊打在彈性金屬片中央位置,確保A球能夠沿水平方向飛出.2.調(diào)節(jié)好平拋豎落儀,確保用小錘擊打彈性金屬片的同時(shí)B球被松開,自由下落.3.A、B兩小球選擇體積小、質(zhì)量大,大小、材料、質(zhì)量完全相同的小球.4.確保A、B兩球運(yùn)動(dòng)前高度相同,且落到同一水平面上.5.調(diào)節(jié)鐵架臺(tái),通過觀察鉛垂線,使鐵架臺(tái)底座水平,從而使擋板N水平,背板在豎直面內(nèi).6.斜槽的末端必須調(diào)節(jié)水平.7.鋼球必須從同一位置由靜止?jié)L下.8.鋼球應(yīng)選比較小的,使記錄的位置盡量準(zhǔn)確.例1[2023·浙江6月選考改編]在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中:(1)用圖甲裝置進(jìn)行探究,下列說法正確的是.

A.只能探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)B.需改變小錘擊打的力度,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)C.能同時(shí)探究平拋運(yùn)動(dòng)水平、豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(2)用圖乙裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是.

A.斜槽軌道M必須光滑且其末端水平B.上下調(diào)節(jié)擋板N時(shí)必須每次等間距移動(dòng)C.小鋼球從斜槽M上同一位置靜止?jié)L下(3)用圖丙裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),豎直擋板上附有復(fù)寫紙和白紙,可以記下鋼球撞擊擋板時(shí)的點(diǎn)跡.實(shí)驗(yàn)時(shí)豎直擋板初始位置緊靠斜槽末端,鋼球從斜槽上P點(diǎn)靜止?jié)L下,撞擊擋板留下點(diǎn)跡0,將擋板依次水平向右移動(dòng)x,重復(fù)實(shí)驗(yàn),擋板上留下點(diǎn)跡1、2、3、4.以點(diǎn)跡0為坐標(biāo)原點(diǎn),豎直向下建立坐標(biāo)軸y,各點(diǎn)跡坐標(biāo)值分別為y1、y2、y3、y4,重力加速度為g.測(cè)得鋼球直徑為d,則鋼球平拋初速度v0為.

A.x+d2g2C.3x-d2g2[反思感悟]

變式[2024·湖北武漢模擬]在“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中.(1)在圖甲中用小錘敲擊鐵片,觀察到A、B兩個(gè)小球同時(shí)落地,則說明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上做運(yùn)動(dòng).

(2)該組同學(xué)繼續(xù)用如圖乙所示裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,在該實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是.(填選項(xiàng)前的字母)

A.斜槽軌道末端切線必須水平B.斜槽軌道必須光滑C.將坐標(biāo)紙上確定的點(diǎn)用直線依次連接D.小球每次都從斜槽上同一高度由靜止釋放(3)如圖丙所示,根據(jù)印跡描出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.在軌跡上取C、D兩點(diǎn),OC與CD的水平間距相等且均為x,測(cè)得OC與CD的豎直間距分別是y1和y2;重復(fù)上述步驟;測(cè)得多組數(shù)據(jù),計(jì)算發(fā)現(xiàn)始終滿足y1y2=.由此可初步得出結(jié)論(4)如圖丁所示,若實(shí)驗(yàn)過程中遺漏記錄平拋軌跡的起始點(diǎn),也可按下述方法處理數(shù)據(jù):在軌跡上取A、B、C三點(diǎn),AB和BC的水平間距相等且均為x,測(cè)得AB和BC的豎直間距分別是h1和h2,可求得B點(diǎn)距離拋出點(diǎn)的高度差為.(用已知量和測(cè)量的字母符號(hào)表示)

創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)裝置圖創(chuàng)新解讀實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新(1)利用頻閃攝影的運(yùn)動(dòng)圖片取代描繪合運(yùn)動(dòng)的軌跡(2)分別在兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的頻閃圖片上獲取信息進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新(1)軌道安裝光電門,采集數(shù)據(jù)(2)利用x2?h圖像分析處理運(yùn)動(dòng)(3)將x?h軌跡化曲為直,并測(cè)量重力加速度實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新將測(cè)初速度v0改變?yōu)闇y(cè)量抽水器的流量Sv0考向一實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新例2[2024·山東青島模擬]頻閃攝影是研究物體運(yùn)動(dòng)的常用實(shí)驗(yàn)手段,在暗室里,照相機(jī)每隔一定時(shí)間曝一次光,在膠片上記錄物體在閃光時(shí)刻的位置.如圖甲所示為某實(shí)驗(yàn)小組探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置,分別在該裝置正上方A處和右側(cè)正前方B處各安裝一個(gè)頻閃相機(jī),調(diào)整相機(jī)快門,設(shè)定相機(jī)曝光時(shí)間間隔為0.1s.將小球從斜槽上某一位置自由釋放,并啟動(dòng)相機(jī),得到如圖乙所示的頻閃照片,O為拋出點(diǎn),P為小球運(yùn)動(dòng)軌跡上的一個(gè)位置.通過測(cè)量和換算得知,圖乙a中OP對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離為105cm,b中OP對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離為122cm.請(qǐng)回答下面問題:(1)A處相機(jī)所拍攝的頻閃照片為乙圖中的(選填“a”或“b”);

(2)通過對(duì)頻閃照片a的測(cè)量發(fā)現(xiàn),a中小球相鄰位置間距離幾乎是等距的,則小球水平拋出的初速度v0=m/s(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);

(3)通過對(duì)頻閃照片b的測(cè)量發(fā)現(xiàn),b中小球相鄰兩位置間的距離幾乎是均勻增大的,則當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=m/s2(結(jié)果保留3位有效數(shù)字);

(4)小球在P點(diǎn)的速度方向與水平方向夾角的正切值為(結(jié)果保留3位有效數(shù)字).

[反思感悟]

考向二實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新例3[2024·山西太原模擬]某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?實(shí)驗(yàn)裝置中水平軌道可上下調(diào)整并固定,其左端安裝有單一檔位彈射裝置,右端下方懸掛重錘,豎直向下指向地面O點(diǎn);地面上平鋪薄薄一層細(xì)沙帶.在軌道末端安裝一光電門,通過數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連.實(shí)驗(yàn)步驟如下:Ⅰ.測(cè)出小球的直徑d=1.00cm;Ⅱ.將軌道固定在某一位置,讀出軌道末端到地面的高度h1.將小球用彈射裝置水平彈出,小球落在沙帶上并留下印記;重復(fù)彈射小球,在沙帶上留下一個(gè)印記區(qū)域,作出該區(qū)域的外接圓,外接圓的圓心作為小球的落點(diǎn);測(cè)量落點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x1;Ⅲ.調(diào)整軌道的高度為h2,重復(fù)Ⅱ中的實(shí)驗(yàn)過程并測(cè)量落點(diǎn)到O點(diǎn)的距離x2;Ⅳ.記錄多組h、x數(shù)據(jù),如下表所示:實(shí)驗(yàn)順序12345h(cm)50.040.030.020.010.0x(cm)32.128.624.820.314.4x2(10-2m2)10.308.186.154.122.07請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù),完成下列問題:(1)在給定的坐標(biāo)紙上作出x2?h的圖像;(2)根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)的過程分析,x2?h的圖像的數(shù)學(xué)表達(dá)式為x2=h(用平拋初速度v0、重力加速度g表示);

(3)光電門記錄的平均遮光時(shí)間為t=10ms,根據(jù)上述圖像求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮=m/s2(結(jié)果保留三位有效數(shù)字);

(4)實(shí)驗(yàn)中,每次記錄的h值均漏掉了小球的半徑,按照上述方法計(jì)算出的重力加速度大小與真實(shí)值相比(選填“偏大”“偏小”或“不變”).

[反思感悟]

考向三實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新例4[2024·湖南長沙模擬]如圖所示為某實(shí)驗(yàn)小組利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)量電動(dòng)抽水器的流量(每秒排出的液體體積)實(shí)驗(yàn)裝置.實(shí)驗(yàn)過程如下:(1)將水桶和薄底水杯放在同一水平桌面上.測(cè)量抽水器出水管內(nèi)徑(直徑)d,調(diào)節(jié)管口方向.啟動(dòng)抽水器后水均勻地從管口水平射出.(2)水柱離開管口落入水杯,管口與落點(diǎn)間的水平距離x=33.00cm,管口距桌面高度h=cm(由圖中讀出).

(3)已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭取9.8