2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：必修2第四章实验4研究平抛运动

实验4　研究平抛运动

[考纲解读]　(1)会描出平抛物体的运动轨迹，并验证轨迹是一条抛物线。(2)会根据运动轨迹求平抛物体的初速度。

注意事项

1.斜槽末端的切线必须水平。

2.方木板必须处在竖直面内且小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近木板但不接触。

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木板上的水平投影点。

4.如果是用白纸，则应以小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点为坐标原点，在斜槽末端悬挂重垂线，先根据重垂线方向确定y轴方向，再用直角三角板画出水平线作为x轴，建立直角坐标系。

5.每次小球应从斜槽上的同一位置由静止开始滚下。

6.在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。

热点一　教材原型实验

【例1】　(1)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.小球运动时不应与木板上的白纸相接触

F.斜槽必须是光滑的，以免受到摩擦力的作用

(2)作出平抛运动的轨迹后，为算出其初速度，实验中需测量的数据有________和________。其初速度的表达式为v0＝________。

(3)若某次实验中，小刚同学做了平抛运动的实验，他用一张印有小方格的纸记录小球运动的轨迹，小方格的边长L＝1.25 cm。若小球在做平抛运动途中的几个位置如图1中a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度v0＝______(用L、g表示)，其值是______(g取9.8 m/s2)。

图1

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自由滑下并且斜槽轨道末端必须保持水平，只要做到这两点，我们就能得到相等的速度，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)小球从原点到某时刻的水平位移x，从原点到该时刻的竖直位移y，v0＝x。

(3)根据题意，仔细审查图中a、b、c、d四点的相对位置，发现相邻的两点间的水平距离均为2L，则物体在相邻的两点间运动时间相等，设这个相等时间为T0，由于竖直方向是加速度为g的匀加速运动，由Δy＝aT2可得L＝gT，再由水平方向是匀速运动得2L＝v0T0，联立上述两式解得v0＝2＝0.70 m/s。

答案　(1)ACE

(2)小球从原点到某时刻的水平位移x　从原点到该时刻的竖直位移y　x　(3)2　0.70 m/s

热点二　实验拓展创新

1.记录各个点的方法变化。

2.实验方法的改变。

3.实验的拓展延伸。

【例2】　(2017·4月浙江选考)在“研究平抛运动”实验中。

(1)图2是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________。

图2

A.球心　　B.球的上端　　C.球的下端

在此实验中，下列说法正确的是________(多选)。

A.斜槽轨道必须光滑

B.记录的点应适当多一些

C.用平滑曲线把所有的点连接起来

D.y轴的方向根据重锤线确定

(2)图3是利用图2装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是(　　)

图3

A.释放小球时初速度不为0

B.释放小球的初始位置不同

C.斜槽末端切线不水平

(3)下图是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是________。

解析　(1)小球平抛轨迹标注小球最高点，所以选B。实验过程中，斜槽不一定光滑，只要能够保证从同一位置静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，所以A错误；记录点适当多一些，能够保证描点平滑，选项B正确，选项C错误；y轴必须是竖直方向，即用重锤线确定，选项D正确。

(2)由图可知斜槽末端不水平，才会造成斜抛运动，选项C正确。

(3)插入瓶中的另一根吸管使得与外界气压相等，目的就是为了保证水流流速不受瓶内水面下降的影响而减小，能保证下降到该处的一段时间内，能够得到稳定的细水柱，所以选B。

答案　(1)B　BD　(2)C　(3)B

1.在“探究平抛运动”的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是(　　)

A.选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地

B.选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要高于水面

C.选用装置3要获得钢球的平抛运动轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放

D.除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛运动轨迹

答案　D

2.在做“研究平抛物体的运动”的实验中，在调整斜槽时，必须使斜槽末端切线方向水平，这样做的目的是(　　)

A.为了使小球初速度每次都相同

B.为了使小球运动轨迹是抛物线

C.为了使小球飞出时，初速度方向水平

D.为了使小球在空中运动时间每次都相等

解析　小球平抛的初速度大小与释放点高度有关，运动轨迹是否是抛物线与斜槽末端的切线水平无关，小球在空中运动的时间主要由高度决定，故选项A、B、D错误；只有斜槽末端切线水平，才能保证小球离开槽口后做平抛运动。

答案　C

3.在“研究平抛运动”的实验中，求解得到的初速度有误差，与误差产生原因无关的是(　　)

A.弧形槽与球间有摩擦

B.弧形槽末端切线不水平

C.小球受空气阻力

D.小球每次自由滚下的位置不同

解析　要保证每次实验时，小球平抛的初速度的大小和方向相同，需使小球每次从同一位置由静止释放，斜槽末端应水平；弧形槽与球间的摩擦不影响小球每次平抛的初速度的一致性；小球受的空气阻力使它不具备做平抛运动的条件。

答案　A

4.(2018·绍兴市选考模拟)“研究平抛运动”的实验装置如图4所示。

图4

(1)实验时，每次须将小球从轨道________(填字母)。

A.同一位置释放

B.不同位置无初速度释放

C.同一位置无初速度释放

(2)上述操作的目的是使小球抛出后________(填字母)。

A.只受重力    B.轨迹重合

C.做平抛运动    D.速度小些，便于确定位置

(3)实验中已测出小球半径为r，则小球做平抛运动的坐标原点位置应是________(填字母)。

A.斜槽末端O点

B.斜槽末端O点正上方r处

C.斜槽末端O点正前方r处

D.斜槽末端O点正上方r处在竖直木板上的投影点

答案　(1)C　(2)B　(3)D

5.某同学设计了一个“研究平抛运动”的实验，实验装置如图甲所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(如图5甲中P0P0′、P1P1′、…)，槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图乙所示。

图5

(1)实验前应对实验装置反复调节，直到_________________________________

___________________________________________________________________。

每次让小球从同一位置由静止释放，是为了______________________________

____________________________________________________________________。

(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了_______________________________

_________________________________________________________________。

(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹。

解析　(1)对实验装置反复调节的目的：①斜轨末端水平，以保证小球离开轨道时做平抛运动；②A板水平，保证B板总处于同一高度；③插槽P0P0′垂直斜轨并在斜轨末端正下方，以保证B板在P0P0′时小球的痕迹为抛出点。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保证小球每次以相同初速度做平抛运动。

(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了使记录纸上每两点间的水平距离相等。

(3)如图所示。

答案　(1)斜轨末端水平、A板水平、插槽P0P0′垂直斜轨并在斜轨末端正下方　使小球每次做平抛运动的初速度都相同。(2)使记录纸上每两点之间的水平距离相等。(3)见解析图