2022届高三物理一轮专题复习汇编：探究平抛运动的特点实验及其创新设计 .docVIP

PAGE1 / NUMPAGES3 一.必备知识 1．探究平抛运动竖直分运动的特点 如图甲所示，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被松开，自由下落。A、B两球同时开始运动。观察两球哪个先落地。分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验。实验时，也可以用耳朵“听”来判断两球落地时刻的先后。 观察发现，A、B两球同时落地。改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，重复实验时，两球在空中的运动时间和A球的水平初速度大小发生改变，但A、B两球总是同时落地。说明A球在竖直方向的分运动与B球完全相同，平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。 2．探究平抛运动水平分运动的特点 在图乙所示的装置中，斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹。 以小球出槽口时球心在白纸上的投影点为坐标原点，以水平方向为x轴，以竖直方向为y轴，建立坐标系。 因为平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，所以从起点开始，相邻相等时间间隔的竖直分位移之比为1∶3∶5∶…，据此可确定相等的时间间隔小球所在的位置，在x轴上从O点起，量出相等时间间隔内的水平位移，可知各段位移相等，故平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动。 3．实验结论： 由实验探究可知，平抛运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动。 4.误差分析 （1）A、B两球由于不完全相同，因而在空中所受阻力不同，产生误差。 （2）探究平抛运动竖直分运动的特点时，用小锤击打弹性金属片时，A球不能完全水平飞出，B球不能立即被松开、同时下落，产生误差。 （3）安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动，产生误差。 （4）建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确，产生误差。 （5）小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。 （6）确定小球运动的位置时不准确，会导致误差。 （7）量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。 5.注意事项 （1）用小锤水平击打在弹性金属片中央位置，确保A球能够沿水平方向飞出。 （2）调节好平抛竖落仪，确保用小锤击打弹性金属片的同时B球被松开，自由下落。 （3）A、B两小球选择体积小、质量大，大小、材料、质量完全相同的小球。 （4）确保A、B两球运动前高度相同，且落到同一水平面上。 （5）调节铁架台，通过观察铅垂线，使铁架台底座水平，从而使挡板N水平，背板在竖直面内。 （6）斜槽的末端必须调节水平。 （7）钢球必须从同一位置滚下。 （8）钢球应选比较小的，使记录的位置尽量准确。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 二.典型例题 题型一：常规实验 例1：（2021全国卷乙22，5分） 某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。 完成下列填空：（结果均保留2位有效数字） （1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________，竖直分量大小为___________； （2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。 【答案】 (1). 1.0 (2). 2.0 (3). 9.7 【解析】（1）[1]因小球水平方向做匀速直线运动，因此速度为 [2]竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速度等于时间中点的瞬时速度求得 0.086+0.110 （2）[3]由竖直方向的自由落体运动可得 代入数据可得 题型二:创新实验设计 例2　在做“研究平抛运动”的实验中，为了测量小球平抛运动的初速度，实验用如图所示的装置。实验操作的主要步骤如下： (ⅰ)在一块平木板上钉上复写纸和白纸，将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段初始距离d，并保持板面与轨道末端的水平段垂直； (ⅱ)使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A； (ⅲ)将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B； (ⅳ)将木板再水