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1、实验 4 4 研究平抛运动 1.“”在做 研究平抛运动 实验时,某同学利用实验探究平抛运动在水平方向的运动规律。 (1)除了木板、重垂线、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标纸之外,在如图所示的器材中还需要的 是 。 (2)(多选)实验中,下列说法正确的是 。 A.斜槽轨道必须光滑 B.斜槽轨道末端必须水平 C.每次必须由静止释放小球 D.每次小球释放的位置必须相同 答案 (1)D (2)BCD 解析 (1)“在做 研究平抛运动”实验时,除了木板、重垂线、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标 纸之外,还需要刻度尺,便于测量小球的位移。 (2)该实验要求小球每次抛出的初速度要相同,因此要每次将小球从同一位置由静
2、止释放,斜槽 轨道是否光滑对实验结果没有影响,A错误,C、D 正确;实验中必须保证小球做平抛运动,而平抛 运动要求有水平初速度且只受重力作用,所以斜槽轨道末端必须要水平,B 正确。 2.“在做 探究平抛运动规律”的实验时,让小球多次沿同一轨道运动,为了能较准确地描出运动 轨迹, A.通过调节使斜槽末端的切线保持 ; B.每次释放小球的位置必须 (“”“”选填 相同 或者 不同 ); C.每次必须由 释放小球(“”“”选填 运动 或者 静止 ); D.小球运动时不能与木板上的白纸相接触; E.将小球的位置记录在纸上后,取下纸,将点连成 (“”“”“选填 折线直线 或 光滑 ”曲线 )。 答案 水
3、平 相同 静止 光滑曲线 1 解析 为了保证小球的初速度水平,要通过调节使斜槽末端切线保持水平;为了保证每次小球 做平抛运动的初速度相等,应每次从斜槽的同一位置由静止释放小球;将球的位置记录在纸上 后,取下纸,将点连成光滑曲线。 3.(1)(多选)“”在做 研究平抛运动 的实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画出小 球做平抛运动的轨迹。为了能较准确地描绘运动轨迹,下面列出了一些操作要求,将你认为正确 的选项前面的字母填在横线上 。 A.通过调节使斜槽的末端保持水平 B.每次释放小球的位置可以不同 C.每次必须由静止释放小球 D.记录小球位置用的铅笔每次必须严格地等距离下降 E.要保证小
4、球运动时不与木板上的白纸相接触 F.斜槽必须是光滑的,以免小球受到摩擦力的作用 (2)作出平抛运动的轨迹后,为求出其初速度,实验中需测量的数据有 和 。其 初速度的表达式为 v0= 。 答案 (1)ACE (2)小球从原点到某位置的水平位移 x 从原点到该位置的竖直位移 y x g 2y 解析 (1)要保证每次抛出时的速度相等,应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止滑下并且 斜槽轨道末端必须保持水平,至于摩擦力不会影响这个结果,记录小球位置用的铅笔每次没必 要严格地等距离下降,小球运动时应避免与纸面发生摩擦。所以选 A、C、E。 (2)要求初速度,则需知道小球从原点到某位置的水平位移 x 以及从
5、原点到该位置的竖直位移 g y,v0=x 。 2y 4.(1)(多选)在探究平抛运动的规律时,可以选用如图所示的各种装置,以下说法正确的是 A.选用装置 1 研究平抛物体竖直分运动,应该保证 A、B 两球同时开始运动 B.选用装置 2 时,要获得稳定细水柱所显示的平抛轨迹,竖直管上端 A 一定要低于水面 C.选用装置 3 时,要获得钢球的平抛轨迹,不一定要每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球 D.除上述装置外,也能用频闪照相机连续拍摄钢球做平抛运动时的照片,获得平抛轨迹 2 (2)某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时,让小球做平抛运动,用频闪照相机对准方格 背景照相,拍摄到了如图所示的照片,
6、已知每个小方格边长 9.8 cm,当地的重力加速度 g=9.8 m/s2。 若以第一次拍摄到的小球所处位置为坐标原点,水平向右和竖直向下为平面直角坐标系的正 方向,则没有被拍摄到的小球(在图中没有方格的区域内)位置坐标为 用图中格数表示 坐标,比如图中标记为 2 的小球坐标为:(2,1)。 小球平抛运动的初速度大小为 m/s。 答案 (1)ABD (2)(6,6) 1.96 解析 (1)选用装置 1 研究平抛物体竖直分运动,只有保证 A、B 两球是同时开始运动,同时落地, 才能证明平抛的竖直分运动是自由落体运动,A正确;选用装置 2 时,要获得稳定的细水柱所显 示的平抛轨迹,就要保持喷口处的压
7、强不变,所以要求竖直管上端 A 一定要低于水面,B 正确;选 用装置 3 时,要获得钢球的平抛轨迹,一定要每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球,以保证每 次小球的抛出速度相同,C错误;除上述装置外,用频闪照相机连续拍摄钢球做平抛运动时的照 片,也可以获得平抛运动的轨迹,D 正确。故选 A、B、D。 (2)观察图像可知,在曝光的周期内,小球在水平方向匀速运动两个单位长度,所以可得出横 坐标为 x=6l0;小球在竖直方向做匀变速运动,由匀变速直线运动的规律可知,在连续相等的时 间间隔内位移差值相等,可求得被遮住的点与第 3 点竖直方向的距离为 h=3l0,所以纵坐标为 y=(1+2+3)l0=6l0
8、,故没有被拍摄到的小球位置坐标为(6,6)。 小球在竖直方向做匀变速运动,可得h=gT2,可求得 T=0.1 s,所以小球平抛运动的初速度大 2l0 小为 v0= =1.96 m/s。 T 5.在探究平抛运动的规律时,可以选用下列各种装置进行研究。 3 (1)图 1 的实验现象是 。该现象说明平抛运动 。 (2)图 2 是为了获得稳定细水柱来显示平抛运动轨迹,其中能获得稳定细水柱的过程应该是水 面从开始位置一直降到竖直细管 (“填 A”“或 B”)处。 (3)图 3 是在实验室内研究平抛运动的装置。为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨 迹一定,应每次都让小球从斜槽上 位置由 滚下。 (4
9、)图 4“”是采用频闪摄影的方法拍摄到的 小球做平抛运动 的照片。背景标尺每小格边长均 表示 5 cm,则由图可求得拍摄时每 s 曝光一次,平抛运动的初速度为 m/s,已知 重力加速度为 10 m/s2。 答案 (1)两小球总是同时落地 竖直分运动是自由落体运动 (2)A (3)同一 静止 (4)0.1 1 解析 (1)装置图 1 是研究平抛物体竖直分运动的装置,观察实验发现两小球同时落地,可知平 抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。 (2)图 2 是为了获得稳定的细水柱来显示平抛运动轨迹,其中能获得稳定细水柱的过程应该是 水面从开始位置一直降到竖直细管 A 处,这是因为:竖直管与大气相
10、通,为外界大气压强,保证 竖直管上出口处的压强为大气压强,因而另一出水管的上端口处压强与竖直管上出口处的压强 有恒定的压强差,保证另一出水管出水压强恒定,从而水速度恒定,减少实验误差; (3)图 3 是在实验室内研究平抛运动的装置。为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨 迹一定,应每次都让小球从斜槽上同一位置由静止滚下,保证初速度相同,从而保证轨迹一定。 (4)设每次曝光时间间隔为 T,在竖直方向有y=aT2, 可得 2L=gT2,则 T=0.1 s; x 2L 在水平方向有 v0= = =1 m/s。 T T 6.“”研究平抛运动 实验的装置如图甲所示。钢球从斜槽上滚下,经过水平槽飞出后
11、做平抛运 动。每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片接小球, 使球恰好从孔中央通过而不碰到边缘,然后对准孔中央在白纸上记下一点。通过多次实验,在竖 直白纸上记录钢球所经过的多个位置,用平滑曲线连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。 4 (1)实验所需的器材有:白纸、图钉、木板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片,除 此之外还需要的一项器材是 A.天平 B.秒表 C.刻度尺 (2)在此实验中,小球与斜槽间有摩擦 (“”“”选填 会 或 不会 )使实验的误差增大;如 果斜槽末端到小球落地点的高度相同,小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,那么小球每次在 空中运动的时
12、间 (“”“”选填 相同 或 不同 )。 (3)在实验中,在白纸上建立直角坐标系的方法是:使斜槽末端的切线水平,小球在槽口时,在白 纸上记录球的重心在竖直木板上的水平投影点 O,作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的 原点,接下来应该选择的步骤是 A.利用悬挂在槽口的重垂线画出过 O 点向下的竖直线为 y 轴,取下白纸,在纸上画出过 O 点,与 y 轴垂直、方向向右的直线为 x 轴。 B.从 O 点向右作出水平直线为 x 轴,取下白纸,在纸上画出过 O 点,与 x 轴垂直、方向向下的直 线为 y 轴。 (4)如图乙所示是在实验中记录的一段轨迹。已知小球是从原点 O 水平抛出的,经测量 A 点的
13、坐 标为(40 cm,20 cm),g取 10 m/s2,则小球平抛的初速度 v0= m/s,若 B 点的横坐标为 xB=60 cm,则 B 点纵坐标为 yB= m。 (5)一同学在实验中采用了如下方法:如图丙所示,斜槽末端的正下方为 O 点。用一块平木板附 上复写纸和白纸,竖直立于正对槽口前的 O1处,使小球从斜槽上某一位置由静止滚下,小球撞在 木板上留下痕迹 A。将木板向后平移至 O2处,再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,小球撞在 木板上留下痕迹 B。O、O1间的距离为 x1,O、O2间的距离为 x2,A、B 间的高度差为 y。则小球抛 出时的初速度 v0为 。 5 (x2 - x21)
14、g (x2 + x12)g x2 + x1 g x2 - x1 A. B. C. D. 2y 2y 2 2y 2 g 2y 答案 (1)C (2)不会 相同 (3)A (4)2 0.45 (5)A 解析 (1)实验所需器材有白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片, 还需要刻度尺测小球在水平方向和竖直方向运动的距离,故 C 正确。 (2)在实验中保证小球到达斜槽末端的速度相同即可,小球与斜槽间有无摩擦对实验结果不会 2h 产生影响;小球做平抛运动的高度相同,由 t= 可知小球每次在空中运动时间相同。 g (3)应先利用重垂线作出竖直方向的 y 轴,取下白纸,在纸上画出过 O
15、点,与 y 轴垂直、方向向右 的直线为 x 轴,故 A 正确。 2h 2 0.2 x 0.4 (4)根据平抛运动规律有:t= = s=0.2 s,v0= = m/s=2 m/s;根据 B 点的横坐标可 g 10 t 0.2 0.6 1 1 得 t= s=0.3 s,所以 B 点纵坐标 yB= gt2= 100.32 m=0.45 m。 2 2 2 (5)根据平抛运动规律可知: 1 2 小球打在 A 点时:x1=v0t1,h1=2gt 1 1 2 小球打在 B 点时,x2=v0t2,h2=2gt 2 由题意可知,h2-h1=y (x2 - x12)g 由以上各式解得:v0= ,故 A 正确。 2
16、y 7.“”在 研究平抛物体的运动规律 的实验中: (1)在安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须水平,这样做的目的是 A.保证小球飞出时速度既不太大,也不太小 B.保证小球飞出时初速度水平 C.保证小球在空中运动的时间每次都相等 D.保证小球的运动轨迹是一条抛物线 (2)(多选)如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,则下列说法中正确的是 。 A.小球平抛的初速度不同 6 B.小球每次的运动轨迹不同 C.小球在空中运动的时间均不同 D.小球通过相同的水平位移所用时间可能相同 (3)研究平拋物体运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长 L=1.6 cm,若 小球在平抛运动途中的
17、几个位置如图中的 a、b、c、d 所示,则小球平抛运动的初速度的计算式 为 v0= (用 L、g 表示),小球在 b 点的速率为 m/s。(保留两位有效数字,g取 10 m/s2) 答案 (1)B (2)AB (3)2 gL 1.0 解析 (1)在安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须水平,这样做的目的是保证小球飞出 时初速度水平,故选 B。 (2)如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,则小球到达斜槽末端的速度不同,小球平抛的初 速度不同,小球每次的运动轨迹也就不同,故选 A、B。 (3)设相邻两点间的时间间隔为 T; 竖直方向:2L-L=gT2 L 0.016 得:T= = s=0.04 s g 10 2L 水平方向:v0= =2 T gL 代入数据解得:v0=2 10 0.016 m/s=0.80 m/s b 点竖直方向分速度 L + 2L 3L 3 0.016 vy= = = m/s=0.6 m/s; 2T 2T 2 0.04 b 点的速率 vb= v02 + v2y= 0.82 + 0.62 m/s=1.0 m/s。 7