新高考物理一轮复习精讲精练第4章曲线运动第4讲 探究平抛运动的特点（原卷版）.docVIP

第四讲探究平抛运动的特点

知识梳理

一、实验目的

1．用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。

2．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线。

3．根据平抛运动的轨迹求其初速度。

二、实验原理

1．利用追踪法逐点描绘小球运动的轨迹。

2．建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标若在误差范围内都满足y＝ax2的形式(a是一个常量)，则轨迹是一条抛物线。

3．测出轨迹上某点的坐标x、y，根据x＝v0t，y＝eq\f(1,2)gt2得初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))。

三、实验器材

斜槽、小球、方木板、铁架台、坐标纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺。

四、实验过程

1．安装、调整背板：将白纸放在复写纸下面，然后固定在装置背板上，并用重垂线检查背板是否竖直．

2．安装、调整斜槽：将固定有斜槽的木板放在实验桌上，用平衡法检查斜槽末端是否水平，也就是将小球放在斜槽末端直轨道上，小球若能静止在直轨道上的任意位置，则表明斜槽末端已调水平，如图。

3．描绘运动轨迹：让小球在斜槽的某一固定位置由静止滚下，并从斜槽末端飞出开始做平抛运动，小球落到倾斜的挡板上，挤压复写纸，会在白纸上留下印迹．取下白纸用平滑的曲线把这些印迹连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。

4．确定坐标原点及坐标轴：选定斜槽末端处小球球心在白纸上的投影的点为坐标原点O，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。

五、数据处理

1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…，把线段OA1的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3…向下作垂线，与轨迹交点分别记为M1、M2、M3…，若轨迹是一条抛物线，则各点的y坐标和x坐标之间应该满足关系式y＝ax2(a是待定常量)，用刻度尺测量某点的x、y两个坐标值代入y＝ax2求出a，再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2，若在误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是一条抛物线。

2．计算平抛物体的初速度

情景1：若原点O为抛出点，利用公式x＝v0t和y＝eq\f(1,2)gt2即可求出多个初速度v0＝xeq\r(\f(g,2y))，最后求出初速度的平均值，这就是做平抛运动的物体的初速度。

情景2：若原点O不是抛出点

①在轨迹曲线上取三点A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如图所示．A到B与B到C的时间相等，设为T.

②用刻度尺分别测出yA、yB、yC，则有yAB＝yB－yA，yBC＝yC－yB.

③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上两式得v0＝xeq\r(\f(g,yBC－yAB)).

六、注意事项

1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，以保证小球的初速度水平，否则小球的运动就不是平抛运动了。

2．小球每次从槽中的同一位置由静止释放，这样可以确保每次小球抛出时的速度相等。

3．坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在背板上的水平投影点。

知识练习

考点一、教材原型实验

例1、(2021·全国乙卷·22)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0.05s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5cm.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____________m/s，竖直分量大小为____________m/s；

(2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2.

例2、(2021·福建省三明市质检)在“探究平抛运动的特点”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。

(1)实验简要步骤如下：

A．如图所示，安装好器材，注意斜槽末端水平以及平板竖直放置，记下斜槽末端O点和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是_________________________________

________________________________________________________________________。

B．让小球多次从________(选填“同一”或者“不同”)位置滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置。

C．测出曲线上某点的x，y坐标值，(当地重力加速度g已知)用v0＝________算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值。

D．取下白纸，以O为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画