資源簡介

課時跟蹤檢測（三） 實驗：探究平拋運動
1．在探究平拋運動的規律時，可以選用下列各種裝置圖，以下說法合理的是(　　)
A．選用裝置1研究平拋物體豎直分運動，只能用眼睛看A、B兩球是否同時落地
B．選用裝置2要獲得細水柱所顯示的平拋軌跡，彎管末端B不一定要水平
C．選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球
D．除上述裝置外，也能用數碼照相機拍攝鋼球做平拋運動每秒15幀的錄像獲得平拋軌跡
解析：選D　采用裝置1研究平拋運動是用以驗證平拋運動在豎直方向上做自由落體運動，要用耳聽A、B球是否同時落地，A錯；裝置2中彎管流出的水近似做平拋運動，因此要求彎管末端一定要水平，B錯；利用裝置3研究平拋運動軌跡，要使鋼球每次的運動軌跡相同，則平拋運動的初速度相同，應每次從斜槽上同一位置由靜止釋放鋼球，C錯；研究平拋運動時，也可以用數碼相機對做平拋運動的鋼球照相，通過頻閃照片來研究，D對。
2.如圖所示，在研究平拋運動時，小球A沿軌道滑下，離開軌道末端(末端水平)時撞開輕質接觸式開關S，被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落(兩球不相撞)。改變整個裝置的高度H做同樣的實驗，發現位于同一高度的A、B兩球總是同時落地，該實驗現象說明了A球在離開軌道后(　　)
A．水平方向的分運動是勻速直線運動
B．水平方向的分運動是勻加速直線運動
C．豎直方向的分運動是自由落體運動
D．豎直方向的分運動是勻速直線運動
解析：選C　這是一個對比實驗，A球做平拋運動，B球做自由落體運動，其實是將A球豎直方向的分運動與B球的自由落體運動進行對比；實驗時，改變整個裝置的高度H做同樣的實驗，發現位于同一高度的A、B兩球總是同時落地，由此可知A球在豎直方向上的分運動是自由落體運動。
3．(2024·廣東佛山高一階段練習)某同學采用頻閃攝影的方法拍攝到如圖所示的小球做平拋運動的照片，
圖中背景方格的邊長均為L＝5 cm，重力加速度g取10 m/s2，照相機的閃光頻率為_________ Hz；小球做平拋運動的初速度大小為______ m/s，小球經過B點時的速度大小為__________ m/s。
解析：根據g＝，解得T＝＝＝0.1 s，照相機的閃光頻率為f＝＝ Hz＝10 Hz。小球做平拋運動的初速度大小為vx＝＝ m/s＝1.5 m/s，小球經過B點的豎直分速度為vyB＝＝ m/s＝2 m/s，小球經過B點的速度大小為vB＝＝ m/s＝2.5 m/s。
答案：10　1.5　2.5
4．兩個同學根據不同的實驗條件，進行了“探究平拋運動的特點”的實驗：
(1)小明同學采用如圖甲所示的裝置。用小錘擊打彈性金屬片，使A球沿水平方向彈出，同時B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)小松同學采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發射小鐵球P、Q，其中軌道N的末端與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調節電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道末端射出的水平初速度v0相等。現將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小鐵球同時以相同的初速度v0分別從軌道M、N的末端射出。實驗可觀察到的現象是________________________
________________________________________________________________________。
僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現象，這說明
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)通過對照實驗，保證兩球同時運動，由此說明做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動。(2)由平拋運動的規律知兩球在水平軌道上相遇，水平方向運動情況相同，說明做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動。
答案：(1)做平拋運動的物體在豎直方向上做自由落體運動　(2)P球擊中Q球　做平拋運動的物體在水平方向上做勻速直線運動
5.如圖所示，在豎直板上不同高度處各固定兩個完全相同的圓弧軌道，軌道的末端水平，在它們相同的位置上各安裝一個電磁鐵，兩個電磁鐵由同一個開關控制，通電后，兩電磁鐵分別吸住兩個相同的小鐵球A、B，斷開開關，兩個小鐵球同時開始運動。離開圓弧軌道后，A球做平拋運動，B球進入一個光滑的水平軌道，則：
(1)球B在光滑的水平軌道上做____________運動；實驗過程中觀察到球A正好砸在球B上，由此現象可以得出平拋運動水平方向的分運動為______________的結論。
(2)若兩個小球相碰的位置恰好在水平軌道上的P點處，固定在豎直板上的方格紙為正方形小格，每小格的邊長均為5 cm，則可算出球B到達P點的速度為________m/s。(g取10 m/s2)
解析：由題圖可知：球A豎直方向的位移為y＝0.45 m，且y＝gt2；球A水平方向的位移為x＝0.3 m，且x＝v0t，得v0＝1 m/s，所以球B到達P點的速度為1 m/s。
答案：(1)勻速直線　勻速直線運動　(2)1
6．在“研究平拋運動”實驗中，以小鋼球離開軌道末端時球心位置為坐標原點O，建立水平與豎直坐標軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處靜止釋放，使其水平拋出，通過多次描點可繪出小球做平拋運動時球心的軌跡，如圖所示。在軌跡上取一點A，讀取其坐標(x0，y0)。
(1)下列說法正確的是________(單選)。
A．實驗所用斜槽應盡量光滑
B．畫軌跡時應把所有描出的點用平滑的曲線連接起來
C．求平拋運動初速度時應讀取軌跡上離原點較遠的點的數據
(2)根據題目所給信息，小球做平拋運動的初速度大小v0＝________(單選)。
A. B.
C．x0 D．x0
(3)在本實驗中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是____________
________________________________________________________________________。
解析：(1)只要保證小球每次從同一位置靜止釋放，到達斜槽末端的速度大小都相同，與實驗所用斜槽是否光滑無關，A錯誤；畫軌跡時應舍去誤差較大的點，把誤差小的點用平滑的曲線連接起來，B錯誤；求平拋運動初速度時應讀取軌跡上離原點較遠的點的數據，便于減小讀數產生的偶然誤差，C正確。
(2)坐標原點O為拋出點，由平拋運動規律有x0＝v0t，y0＝gt2，聯立解得平拋運動的初速度為v0＝x0，故選D。
(3)小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放是為了保證到達斜槽末端的速度大小都相同，從而能確保多次運動的軌跡相同。
答案：(1)C　(2)D　(3)確保多次運動的軌跡相同
7．如圖甲所示是研究平拋運動的實驗裝置簡圖，圖乙是實驗后白紙上的軌跡圖。
(1)說明圖乙中的兩條坐標軸是如何作出的。
(2)說明判斷槽口的切線是否水平的方法。
(3)實驗過程中需要經多次釋放小球才能描繪出小球運動的軌跡，進行這一步驟時應注意什么？
解析：(1)利用拴在槽口處的重垂線畫出y軸，x軸與y軸垂直。
(2)將小球放在槽口的水平部分，小球既不向里滾動，也不向外滾動，說明槽口的末端是水平的。
(3)應注意每次小球都從軌道上同一位置由靜止釋放。
答案：見解析
21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共31張PPT)
第三節　平拋運動
第1課時　實驗：探究平拋運動
　　　　　　　　　　
?實驗目的
1．用實驗方法描出平拋運動的軌跡。
2．研究平拋運動豎直方向和水平方向分運動的特點。
?實驗器材
頻閃照相機、小鋼球、平拋實驗裝置、白紙、復寫紙、鉛筆、刻度尺、三角板等。
?探究方案
1．研究平拋運動在豎直方向上的特點。
如圖所示，用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，做平拋運動；同時B球被釋放，自由下落，做自由落體運動。觀察兩球的運動軌跡，比較它們落地時間的先后。
2．研究平拋運動在水平方向上的特點。
應用如圖所示的裝置，利用描跡法得到平拋運動的軌跡，結合上述得出的平拋運動豎直分運動的特點，再分析出平拋運動在水平方向上的特點。
3．頻閃照相法研究平拋運動的特點。用頻閃照相機記錄下平拋物體在不同時刻的位置，如圖所示。由于閃光的時間間隔是相等的，只要測量照片上相鄰兩小球在水平方向和豎直方向的位移隨時間變化的具體數據，就可以判斷平拋運動在水平方向和豎直方向上的運動特點。
?實驗步驟
方案一　分步法研究平拋運動的特點
(一)研究平拋運動豎直方向分運動的特點
1.如圖所示的實驗裝置，用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向
拋出，做平拋運動，同時B球被松開，自由下落，做自由落體運
動，比較兩球落地時間的先后。
2．改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，從而改變小球下落時間和A球平拋的初速度，比較兩球落地時間的先后。
3．結論：兩球總是同時落地，說明平拋運動在豎直方向的分運動是自由落體
運動。
(二)研究平拋運動水平方向分運動的特點
1．調整安裝有斜槽的實驗裝置，使平板豎直，斜槽M的末端水平。
2．在白紙上記錄下鋼球平拋的起點O，作為坐標原點，記錄下重垂線的方向。
3．讓鋼球在斜槽某高度由靜止滾下，鋼球平拋后，落在傾斜擋板N上后，擠壓復寫紙，在白紙上留下印跡。
4．上下調節擋板N，通過多次實驗，在白紙上記錄鋼球所經過的多個位置。
5．取下白紙，用平滑的曲線把各印跡連接起來，就得到鋼球做平拋運動的軌跡。
方案二　頻閃照相法研究平拋運動的特點
1．安裝斜槽軌道，使其末端保持水平。
2．將小球從斜槽上適當位置由靜止釋放，用頻閃照相機記錄下小球在不同時刻的位置，如圖甲所示。
3．選頻閃照片的第一小球球心為原點建立平面直角坐標系，測量出每個小球(或每3個取1個球)的球心相對應的x軸坐標和y軸坐標，如圖乙所示。
4．根據頻閃照相的特點，若頻閃周期為T，每相鄰兩球的時間間隔相等，都是T，則圖中OA、AB、BC的時間間隔就是3T。
將所測的數據填入表格，分析小球水平方向分運動和豎直方向分運動的特點。
項目 O A B C
x軸坐標 0 x1 x2 x3
y軸坐標 0 y1 y2 y3
?數據處理
1．過記錄的平拋起點作平行于重垂線方向的直線作為y軸，過平拋起點作y軸的垂線作為x軸，建立平面直角坐標系。
2．因沿y軸方向小球做自由落體運動。在平拋運動軌跡的豎直坐標
軸y軸上，從原點O開始向下取一個坐標值為h的點，再找到坐
標值為4h、9h、…的點，則在y軸上，相鄰兩點的時間間隔是相
等的。
3．過這些點作水平線與軌跡分別交于A、B、C、…點，則這些點就是每經過相等時間小球所到達的位置。
4．測量O點到A、B、C、…各點的水平距離，如果在誤差允許的范圍內，OA′＝L，OB′＝2L，OC′＝3L，…，則說明小球沿水平方向做勻速直線運動。
?誤差分析
1．斜槽末端沒有調整至水平，小球離開斜槽后不做平拋運動。
2．小球平拋的起點記錄有誤。
3．小球運動軌跡連接不準確。
4．間隔測量不準確。
?注意事項
1．斜槽調整：實驗中必須調整斜槽末端的切線水平，將小球放在斜槽末端水平部分，若沒有明顯的運動傾向，斜槽末端的切線就水平了。
2．平板固定：平板必須處于豎直平面內，固定時要用重垂線檢查平板是否豎直。
3．小球釋放：
(1)小球每次必須從斜槽上同一位置自由滾下。
(2)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運動的軌跡由白紙的左上角一直到達右下角為宜。
4．坐標原點：坐標原點不是槽口的端點，應是小球出槽口時球心在木板上的投影點。
(一)實驗原理與操作
　[典例1]　在利用斜槽軌道做“探究平拋運動的特點”的實驗時，讓鋼球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫出鋼球做平拋運動的軌跡。
(1)除了木板、鋼球、斜槽、鉛筆、圖釘之外。下列器材中還需要的是__________。
A．游標卡尺 B．秒表
C．坐標紙 D．天平
E．彈簧測力計 F．重垂線
(2)實驗前應對實驗裝置反復調節，直到斜槽末端切線________。每次讓鋼球從同一位置由靜止釋放，是為了每次平拋________相同。
(3)為了能較準確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認為正確的選項前面的字母填在橫線上______。
A．鋼球運動時不能與背板上的白紙(或方格紙)相接觸
B．用直尺將記錄的點連成折線
C．用平滑的曲線將記錄的點連接起來
D．記錄鋼球位置用的擋板每次必須嚴格地等距離下降
解析：(1)實驗中需要在坐標紙上記錄小球的位置，描繪鋼球的運動軌跡，需要利用重垂線確定坐標軸的y軸，故C、F是需要的。
(2)只有斜槽的末端保持切線水平，鋼球才具有水平初速度，其運動才是平拋運動；每次從同一位置由靜止釋放鋼球，是為了使鋼球具有相同的初速度。
(3)如果鋼球在運動過程中與背板上的白紙相接觸就會改變它的運動軌跡，使其不是平拋運動，故A正確；將描出的點用平滑的曲線連接起來，故B錯誤，C正確；應用描點法得到平拋運動的軌跡時，擋板下降的距離可以不是等間距的，故D錯誤。
答案：(1)CF　(2)水平　初速度　(3)AC
[微點撥]
實驗操作的三點提醒
(1)保證斜槽軌道末端切線水平。
(2)保證鋼球每次從同一位置由靜止釋放。
(3)實驗過程中背板上的白紙不能移動，且鋼球在運動過程中與背板上的白紙不能接觸。　　
[對點訓練]
1．用如圖所示裝置研究平拋運動。將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復，白紙上將留下一系列痕跡點。
(1)下列實驗條件必須滿足的有________。
A．斜槽軌道光滑
B．斜槽軌道末端水平
C．擋板高度等間距變化
D．每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球
(2)為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的________(選填“最上端”“最下端”或者“球心”)對應白紙上的位置即為原點；在確定y軸時________(選填“需要”或者“不需要”)y軸與重垂線平行。
(3)為了得到平拋物體的運動軌跡，同學們還提出了以下三種方案，其中可行的是________。
A．從細管水平噴出穩定的細水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡
B．用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運動軌跡
C．將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，將會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡
解析：(1)實驗中沒必要要求斜槽軌道光滑，因為本實驗是研究平拋運動，只需要每次實驗都能保證小球做相同的平拋運動，即每次實驗都要保證小球初速度水平且相同，因此選項A錯誤，選項B、D正確。擋板高度可以不等間距變化，故選項C錯誤。
(2)因為鋼球側面在白紙上擠壓出的痕跡點與球心等高，故將鋼球靜置于Q點，鋼球的球心對應白紙上的位置即為坐標原點(平拋運動的起始點)；在確定y軸時需要y軸與重垂線平行。
(3)將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，由于鉛筆筆尖與筆尾受力不同，鉛筆將不能保持始終垂直于豎直的白紙板運動，而發生傾斜，所以不會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡，故C錯誤。故選A、B。
答案：(1)BD　(2)球心　需要　(3)AB
(二)數據處理和誤差分析
　[典例2]　在做“探究平拋物體的特點”的實驗時：
(1)鋼球拋出點的位置必須及時記錄在白紙上，然后從這一點畫水平線和豎直線作為x軸和y軸，豎直線是用________這一器材來確定的。
(2)某同學通過實驗得到的軌跡如圖甲所示，由軌跡可知，豎直距離yOA∶yAB∶yBC＝__________，對應時間tOA∶tAB∶tBC＝__________，這表明豎直方向是初速度為______的________運動。
(3)該同學在軌跡上選取間距較大的幾個點，測出其坐標，并在直角坐標系內繪出了y x2圖像，如圖乙所示，此平拋物體的初速度v0＝0.49 m/s，則豎直方向的加速度g＝________m/s2。(結果保留3位有效數字)
解析：(1)豎直方向用重垂線確定，因為小球在豎直方向所受的重力是豎直向下的。
(2)由軌跡可知，豎直距離yOA∶yAB∶yBC＝1∶3∶5；由于水平距離xOA＝xAB＝xBC，則tOA＝tAB＝tBC，所以tOA∶tAB∶tBC＝1∶1∶1；在連續相等的時間內，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動，O點就是拋出點。
[微點撥]
數據處理的三點提醒
(1)鋼球拋出點的位置必須記錄準確，并且將該位置作為坐標原點。
(2)豎直線(y軸方向)要用重垂線來確定。
(3)選取研究的點時保證各點的水平距離相等。
[對點訓練]
2.(2024·河北高考，節選)圖1為探究平拋運動特點的裝置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐標紙的背板處于豎直面內，鋼球在斜槽中從某一高度滾下，從末端飛出，落在傾斜的擋板上擠壓復寫紙，在坐標紙上留下印跡。某同學利用此裝置通過多次釋放鋼球，得到了如圖2所示的印跡，坐標紙的y軸對應豎直方向，坐標原點對應平拋起點。
(1)每次由靜止釋放鋼球時，鋼球在斜槽上的高度________(填“相同”或“不同”)。
(2)在坐標紙中描繪出鋼球做平拋運動的軌跡。
(3)根據軌跡，求得鋼球做平拋運動的初速度大小為________m/s(當地重力加速度g為9.8 m/s2，保留2位有效數字)。
解析：(1)探究平拋運動特點的實驗中，要使鋼球到達斜槽末端的速度相同，則每次由靜止釋放鋼球時，鋼球在斜槽上的高度相同。
(2)用平滑曲線連接坐標紙上的點，即為鋼球做平拋運動的軌跡，作圖時應使盡可能多的點在圖線上，不在圖線上的點均勻分布在圖線兩側，如圖所示。
答案：(1)相同　(2)見解析圖　(3)0.74(0.69～0.79均可)
創新點(一)　實驗原理、實驗器材的創新
1．如圖所示，“探究平拋運動的特點”的實驗裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得鋼球的水平初速度和飛行時間，底板上的標尺可以測得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不變。改變鋼球在斜槽導軌上下滑的起始位置，測出鋼球做平拋運動的初速度v0、飛行時間t和水平位移d，記錄在表中。
(1)由表中數據可知，在h一定時，鋼球水平位移d與其初速度v0成________關系，與________無關。
v0/(m·s－1) 0.741 1.034 1.318 1.584
t/ms 292.7 293.0 292.8 292.9
d/cm 21.7 30.3 38.6 46.4
(3)另一位同學分析并糾正了上述偏差后，另做了這個實驗，竟發現測量值t′依然大于自己得到的理論值t理′，但二者之差在3～7 ms之間，且初速度越大，差值越小。對實驗裝置的安裝進行檢查，確認斜槽槽口與底座均水平，則導致偏差的原因是_______________________________________________________。
解析：(1)由題表中數據可知，h一定時，鋼球的水平位移d與初速度v0成正比關系，與時間t無關。
(2)該同學計算時重力加速度取的是10 m/s2，一般情況下應取9.8 m/s2，從而導致約3 ms的偏差。
(3)鋼球直徑過大、鋼球飛過光電門需要時間或光電門傳感器置于槽口的內側，使測量值大于理論值。
答案：(1)正比　飛行時間t　 (2)計算時重力加速度取值(10 m/s2)大于實際值
(3)見解析
[微點撥]
本題的創新點：
(1)原理創新：本實驗探究了高度一定時，平拋運動的水平位移與初速度的關系。
(2)器材創新：本實驗應用光電門傳感器和碰撞傳感器的組合測量鋼球的水平初速度和飛行時間；應用底板上的標尺測量平拋運動的水平位移。　　
創新點(二)　實驗器材、數據處理的創新
2．頻閃攝影是研究變速運動常用的實驗手段。在暗室中，照相機的快門處于常開狀態，頻閃儀每隔一定時間發出一次短暫的強烈閃光，照亮運動的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個閃光時刻的位置。某物理小組利用如圖甲所示裝置探究平拋運動規律。他們分別在該裝置正上方A處和右側正前方B處安裝了頻閃儀器并進行了拍攝，得到的頻閃照片如圖乙所示，O為拋出點，P為運動軌跡上某點。根據平拋運動規律分析下列問題。
(1)圖乙中，頻閃儀器A所拍攝的頻閃照片為________[選填“(a)”或“(b)”]。
(2)乙圖中頻閃照片(b)可以說明_______________________________________
______________________________________________________________________。
解析：(1)小球做平拋運動時，在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做自由落體運動，故頻閃儀器A所拍攝的頻閃照片為(b)。
(2)乙圖中頻閃照片(b)可以說明小球在水平方向上的分運動為勻速直線運動。
答案：(1)(b)　(2)見解析
[微點撥]
本題的創新點：
(1)器材創新：正上方的頻閃儀器A拍攝小球在水平方向的運動，右側正前方的頻閃儀器B拍攝小球豎直方向的運動。
(2)數據處理的創新：應用頻閃照片分別分析小球在水平方向、豎直方向的運動特點。　　

展開更多......

收起↑