2018-2019學(xué)年高考物理 主題一 曲線運(yùn)動(dòng)與萬有引力定律 第一章 拋體運(yùn)動(dòng) 1.1.3 課時(shí)2 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)學(xué)案 教科版.doc

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課時(shí)2　實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng) 一、實(shí)驗(yàn)原理 1.描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡 用描跡法畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。 2.判斷軌跡是否為拋物線 以拋出點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，豎直向下為y軸建立直角坐標(biāo)系。當(dāng)軌跡上各點(diǎn)的坐標(biāo)具有y＝ax2的關(guān)系，且同一軌跡a是一個(gè)特定的值時(shí)，平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是拋物線。 3.根據(jù)軌跡計(jì)算初速度 測出軌跡上某點(diǎn)的坐標(biāo)x、y，據(jù)x＝v0t，y＝gt2得初速度v0＝x。 二、實(shí)驗(yàn)器材 斜槽、小球、方木板、圖釘、刻度尺、鉛垂線、鉛筆、白紙、鐵架臺(tái)。 一、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng) 二、誤差分析 1.安裝斜槽時(shí)，其末端不水平。 2.小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)受空氣阻力影響。 3.小球每次滾下的初位置不相同。 4.建立坐標(biāo)系時(shí)，誤將斜槽口在木板上的投影點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)。 [試題案例] [例1] 在利用斜槽軌道做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。 (1)除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外。下列器材中還需要的是________。 A.游標(biāo)卡尺 B.秒表 C.坐標(biāo)紙 D.天平 E.彈簧測力計(jì) F.重垂線 (2)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到斜槽末端切線________。每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了每次平拋________相同。 (3)為了能較準(zhǔn)確地描繪運(yùn)動(dòng)軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認(rèn)為正確的選項(xiàng)前面的字母填在橫線上________。 A.小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不能與木塊上的白紙(或方格紙)相接觸 B.用直尺將記錄的點(diǎn)連成折線 C.用平滑的曲線將記錄的點(diǎn)連接起來 D.記錄小球位置用的鉛筆每次必須嚴(yán)格地等距離下降 解析　(1)實(shí)驗(yàn)中需要在坐標(biāo)紙上記錄小球的位置，描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要利用重垂線確定坐標(biāo)軸的y軸，故C、F是需要的。 (2)只有斜槽的末端保持水平，小球才具有水平初速度，其運(yùn)動(dòng)才是平拋運(yùn)動(dòng)；每次從同一位置由靜止釋放小球，是為了使小球有相同的初速度。 (3)如果小球在運(yùn)動(dòng)過程中與木板上的白紙相接觸就會(huì)改變它的運(yùn)動(dòng)軌跡，使其不是平拋運(yùn)動(dòng)，故A正確；將描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來，故B錯(cuò)誤，C正確；因平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，在相同時(shí)間里，位移越來越大，因此鉛筆下降的距離不應(yīng)是等距的，故D錯(cuò)誤。 答案　(1)CF　(2)水平　初速度　(3)AC 三、計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度 1.平拋軌跡完整(即含有拋出點(diǎn)) 因x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x。在軌跡上任取一點(diǎn)，測出該點(diǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的水平位移x及豎直位移y，就可求出初速度v0。 2.平拋軌跡殘缺(即無拋出點(diǎn)) (1)如圖所示，在軌跡上任取水平距離為x的三點(diǎn)A、B、C，則物體在A、B間與B、C間所用時(shí)間相等，設(shè)為t，在水平分運(yùn)動(dòng)上有v0＝① (2)在水平分運(yùn)動(dòng)上，由逐差法有Δh＝hBC－h(huán)AB＝gt2，② 得出t＝③ 聯(lián)立①③兩式得出初速度v0＝x。④ [試題案例] [例2] (2018湖北襄陽市四校高一下期中)在做“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)： (1)小球拋出點(diǎn)的位置必須及時(shí)記錄在白紙上，然后從這一點(diǎn)畫水平線和豎直線作為x軸和y軸，豎直線是用________來確定的。 (2)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到的軌跡如圖1所示，判斷O點(diǎn)是否是拋出點(diǎn)：________(填“是”或“否”)。 圖1 (3)該同學(xué)在軌跡上選取間距較大的幾個(gè)點(diǎn)，測出其坐標(biāo)，并在直角坐標(biāo)系內(nèi)繪出了y－x2圖像，則此平拋物體的初速度v0＝________m/s。(取g＝10 m/s2) 【思維導(dǎo)圖】 解析　(1)豎直方向用重垂線確定，因?yàn)樾∏蛟谪Q直方向所受的重力是豎直向下的。 (2)由軌跡可知，水平距離xOA＝xAB＝xBC，所以tOA＝tAB＝tBC；豎直距離yOA∶yAB∶yBC＝1∶3∶5，所以在連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)，豎直方向的位移之比為1∶3∶5…，表明豎直方向是初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，O點(diǎn)就是拋出點(diǎn)。 (3)根據(jù)y＝gt2，x＝v0t得，平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡方程為y＝x2，則斜率＝＝20，解得初速度v0＝0.5 m/s。 答案　(1)重垂線　(2)是　(3)0.5 合格性檢測 1.在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，坐標(biāo)紙應(yīng)當(dāng)固定在豎直的木板上，下列圖中所示坐標(biāo)紙的固定情況與斜槽末端的關(guān)系正確的是(　　) 答案　C 2.(多選)“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)的裝置如圖2所示，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)(　　) 圖2 A.將斜槽的末端切線調(diào)成水平 B.將木板校準(zhǔn)到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直平面平行 C.在白紙上記錄斜槽末端槽口的位置O，作為小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和所建坐標(biāo)系的原點(diǎn) D.測出平拋小球的質(zhì)量 解析　根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)要求知A、B正確，C、D錯(cuò)誤。 答案　AB 3.在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了求小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度，需直接測的數(shù)據(jù)有(　　) ①小球開始滾下的高度 ②小球在空中飛行的時(shí)間 ③運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo) ④運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)P的豎直坐標(biāo) A.①② B.②③ C.③④ D.①④ 解析　由平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，豎直方向y＝gt2，水平方向x＝v0t，因此v0＝x，可見只要測得軌跡上某點(diǎn)P的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，就可求出初速度v0，故C項(xiàng)正確。 答案　C 4.兩個(gè)同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)： 圖3 (1)甲同學(xué)采用如圖3甲所示的裝置。用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說明______________________ _____________________________________________________________________。 (2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置。兩個(gè)相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球同時(shí)以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出。實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是____________________________________________________ ____________________________________________________________________。 僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。 解析　(1)通過對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說明兩球具有等時(shí)性，由此說明做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)。 (2)兩球在水平軌道上相遇，水平方向運(yùn)動(dòng)情況相同，說明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。 答案　(1)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)　(2)P球擊中Q球　做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 5.如圖4所示是某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出的平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，O為平拋的起點(diǎn)，在軌跡上任取三點(diǎn)A、B、C，測得A點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y1為5.0 cm，B點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y2為45.0 cm，A、B兩點(diǎn)水平間距Δx為40.0 cm，則平拋小球的初速度v0為________ m/s，若C點(diǎn)的豎直坐標(biāo)y3為60.0 cm，則小球在C點(diǎn)的速度vC大小為________ m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，g取10 m/s2)。 圖4 解析　豎直方向：y1＝gt，y2＝gt，可得v0＝＝2.0 m/s；運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的豎直分速度大小vy＝，vC＝＝4.0 m/s。 答案　2.0　4.0 6.如圖5所示為一小球做平拋運(yùn)動(dòng)的閃光照相照片的一部分，圖中背景方格的邊長均為5 cm，如果g取10 m/s2，那么： 圖5 (1)照相機(jī)的閃光頻率是________ Hz； (2)小球運(yùn)動(dòng)中水平分速度的大小是________ m/s； (3)小球經(jīng)過B點(diǎn)時(shí)的速度大小是________ m/s。 解析　(1)因?yàn)閤AB＝xBC，所以tAB＝tBC。在豎直方向上，由Δy＝gT2得5L－3L＝gT2，解得T＝0.1 s，故閃光頻率為10 Hz。 (2)水平分速度v＝＝ m/s＝1.5 m/s。 (3)vBy＝＝ m/s＝2.0 m/s，又知vBx＝1.5 m/s，所以vB＝＝ m/s＝2.5 m/s。 答案　(1)10　(2)1.5　(3)2.5 等級(jí)性檢測 7.某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，只畫出了如圖6所示的曲線，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＝0.2 m。又量出它們之間的豎直距離分別為h1＝0.1 m，h2＝0.2 m，利用這些數(shù)據(jù)，可求得：(g＝10 m/s2) 圖6 (1)物體拋出時(shí)的初速度大小為________ m/s； (2)物體經(jīng)過B時(shí)豎直分速度大小為________ m/s； (3)拋出點(diǎn)在A點(diǎn)上方高度為________ m處。 解析　(1)由Δh＝gT2，得T＝0.1 s，v0＝＝2 m/s。 (2)vBy＝＝1.5 m/s。 (3)y0＝y(tǒng)B－h(huán)1＝－h(huán)1＝0.012 5 m。 答案　(1)2　(2)1.5　(3)0.012 5 8.(2018蚌埠二中高一下期中)圖7是“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置，通過描點(diǎn)畫出平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡。 (1)以下實(shí)驗(yàn)過程的一些做法，其中合理的有________ A.安裝斜槽軌道，使其末端保持水平 B.每次小球釋放的初始位置可以任意選擇 C.每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放 D.為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡描繪的點(diǎn)可以用折線連接 圖7 (2)實(shí)驗(yàn)得到平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，在軌跡上取一些點(diǎn)，以平拋起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，測量它們的水平坐標(biāo)x和豎直坐標(biāo)y，圖8中y－x2中圖像能說明平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的是________。 圖8 解析　(1)通過調(diào)節(jié)使斜槽末端保持水平，是為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，故A正確；因?yàn)橐嬐贿\(yùn)動(dòng)的軌跡，必須每次釋放小球的位置相同，且由靜止釋放，以保證獲得相同的初速度，故B錯(cuò)誤，C正確；用描點(diǎn)法描繪運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)將各點(diǎn)連成平滑的曲線，不能連成折線或者直線，故D錯(cuò)誤。 (2)物體在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，y＝gt2；水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，x＝vt；聯(lián)立可得y＝，因初速度相同，故為常數(shù)，y－x2應(yīng)為正比例關(guān)系，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 答案　(1)AC　(2)C 9.(2018吉林省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高一下期中)(1)在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是________。 A.必須稱出小球的質(zhì)量 B.斜槽軌道必須是光滑的 C.斜槽軌道末端必須是水平的 D.應(yīng)該使小球每次從斜槽上相同位置從靜止開始滑下 (2)如圖9，某同學(xué)在研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L＝5.00 cm，若小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，g＝10 m/s2，該同學(xué)利用所學(xué)的知識(shí)判斷出a點(diǎn)不是本次平拋運(yùn)動(dòng)的拋出點(diǎn)。取a點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為x軸，豎直向下為y軸建立如圖所示的直角坐標(biāo)系，則拋出點(diǎn)橫坐標(biāo)x＝________，縱坐標(biāo)y＝________。 圖9 解析　(1)本實(shí)驗(yàn)與小球的質(zhì)量無關(guān)，故A錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)要求小球每次拋出的初速度要相同而且水平，因此要求小球從同一位置靜止釋放，至于是否光滑沒有影響，故B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中必須保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，而平拋運(yùn)動(dòng)要求有水平初速度且只受重力作用，所以斜槽軌道必須要水平，故C正確；為確保有相同的水平初速度，所以要求從同一位置無初速度釋放，故D正確。 (2)從圖中看出，a、b、c、d 4個(gè)點(diǎn)間的水平位移均相等，是x＝4L，因此這4個(gè)點(diǎn)是等時(shí)間間隔點(diǎn)。豎直方向兩段相鄰位移之差是個(gè)定值，即Δy＝gT2＝2L，T＝＝ s＝0.1 s 初速度：v0＝＝ m/s＝2.0 m/s， vby＝＝＝ m/s＝2 m/s， 因此vay＝vby－gT＝(2－100.1) m/s＝1 m/s≠0， 則a點(diǎn)不是拋出點(diǎn)； 從拋出點(diǎn)到b點(diǎn)的時(shí)間tb＝＝ s＝0.2 s，則 從拋出點(diǎn)到b點(diǎn)的水平距離：xb＝v0tb＝20.2 m＝0.4 m， 從拋出點(diǎn)到b點(diǎn)的豎直距離：yb＝＝ m＝0.2 m， 則拋出點(diǎn)的位置：x＝－(0.4－0.2) m＝－0.2 m， y＝－(0.2－0.15) m＝－0.05 m。 答案　(1)CD　(2)－0.2 m?。?.05 m 10.試根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)原理設(shè)計(jì)“測量彈射器中彈丸出射初速度”的實(shí)驗(yàn)方案。提供的實(shí)驗(yàn)器材有：彈射器(含彈丸，如圖10所示)、鐵架臺(tái)(帶有夾具)、米尺。 圖10 (1)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，在安裝彈射器時(shí)應(yīng)注意：_____________________________ ____________________________________________________________________。 (2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的量為(并在示意圖中用字母標(biāo)出) ____________________________________________________________________。 (3)由于彈射器每次射出的彈丸初速度不可能完全相等，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的方法是：_________________________________________________________________。 (4)計(jì)算公式為v0＝___________________________________________________。 解析　(1)彈射器必須保持水平，以保證彈丸初速度沿水平方向。 (2)應(yīng)測出彈丸下降的高度y和水平射程x，如圖所示。 (3)在不改變高度y的情況下，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，測量水平射程x，得出水平射程x的平均值，以減小誤差。 (4)因y＝，故t＝，故有v0＝＝＝x。 答案　(1)彈射器必須保持水平　(2)彈丸下降的高度y和水平射程x　標(biāo)出的量見解析圖　(3)多次測量水平射程x，得出x的平均值　(4)x