第5.3節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道拋體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)的概念。會用運(yùn)動(dòng)分解的方法研究平拋運(yùn)動(dòng)。2.會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動(dòng)兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，并描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。3.通過探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，獲取探究中處理數(shù)據(jù)的方法。一、拋體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)1.拋體運(yùn)動(dòng)：以一定的速度將物體拋出，在空氣阻的情況下，物體只受作用的運(yùn)動(dòng)。2.平拋運(yùn)動(dòng)：初速度沿方向的拋體運(yùn)動(dòng)。3.平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)初速度沿方向。(2)只受作用。二、實(shí)驗(yàn)思路1.基本思路：把復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為不同方向上兩個(gè)相對簡單的運(yùn)動(dòng)。2.平拋運(yùn)動(dòng)的分解方法由于物體是沿著水平方向拋出的，在運(yùn)動(dòng)過程中只受到豎直向下的重力作用，可嘗試將平拋運(yùn)動(dòng)分解為方向的分運(yùn)動(dòng)和方向的分運(yùn)動(dòng)。三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案一頻閃照相法1.對頻閃照片的分析(1)如圖甲所示是一個(gè)小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的頻閃照片。選第一個(gè)小球球心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，可每3個(gè)小球(不計(jì)初始位置的球)取1個(gè)小球測量相對應(yīng)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，如圖乙所示。(2)根據(jù)頻閃照相的特點(diǎn)可知，若頻閃周期為T，則每相鄰兩球的時(shí)間間隔相等，都是T，即圖中OA、AB、BC對應(yīng)的時(shí)間間隔就是。(3)將所測的數(shù)據(jù)填入表格，分析小球水平方向分運(yùn)動(dòng)和豎直方向分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)?？v坐標(biāo)0y1y2y32.數(shù)據(jù)處理(1)OABC橫坐標(biāo)0x1x2x3水平方向：數(shù)據(jù)滿足x1－0＝x2－x1＝x3－x2＝…，則說明小球在水平方向做運(yùn)動(dòng)。(2)豎直方向：根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算每一段時(shí)間間隔內(nèi)的位移，然后計(jì)算出相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移差，若相等，則說明小球在豎直方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由于豎直方向小球只受重力作用，加速度為g。如果O點(diǎn)是平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的初始點(diǎn)，則豎直方向初速度為0，小球在豎直方向做運(yùn)動(dòng)。方案二分步研究水平和豎直兩個(gè)方向的分運(yùn)動(dòng)規(guī)律步驟1：探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)在如圖所示的實(shí)驗(yàn)中，用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，做運(yùn)動(dòng)；同時(shí)B球被釋放，自由下落，做運(yùn)動(dòng)。觀察兩球的運(yùn)動(dòng)軌跡，比較它們落地時(shí)間的先后。(2)分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，即改變A球的初速度，多次重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(3)結(jié)論：發(fā)現(xiàn)兩球仍落地，說明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為運(yùn)動(dòng)。步驟2：探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)如圖所示，安裝實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽M末端，使固定的背板豎直，并將一張白紙和復(fù)寫紙固定在背板上，N為水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板。(2)鋼球在斜槽上某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)，使小球的軌跡與背板平行。鋼球落到傾斜的擋板N上，擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡。(3)上下調(diào)節(jié)擋板N，通過多次實(shí)驗(yàn)，每次使鋼球從斜槽上(選填“同一”或“不同”)位置由靜止?jié)L下，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置。(4)以斜槽水平末端端口處小球球心在白紙上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，過O點(diǎn)畫出豎直的y軸和水平的x軸。(5)取下坐標(biāo)紙，用平滑的曲線把這些印跡連接起來，得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。(6)根據(jù)鋼球在豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在軌跡上取豎直位移為y、4y、9y、…的點(diǎn)，即各點(diǎn)之間的時(shí)間，測量這些點(diǎn)之間的水平位移，確定水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。(7)結(jié)論：平拋運(yùn)動(dòng)在相等時(shí)間內(nèi)水平方向，平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上為。探究一實(shí)驗(yàn)原理與操作例1某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)。(1)為了能較準(zhǔn)確地描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，下列說法正確的是________。A.小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)與木板摩擦，以便畫出運(yùn)動(dòng)軌跡B.本實(shí)驗(yàn)不需要用天平測出小球的質(zhì)量，也不需要配備重垂線C.為了保證小球沿水平方向飛出，應(yīng)將斜槽軌道的末端調(diào)成水平D.以小球在斜槽末端時(shí)球心在方格紙上的投影點(diǎn)作為所建坐標(biāo)系的原點(diǎn)O(2)在此實(shí)驗(yàn)中，每次都要讓小球從斜槽上的同一位置由靜止?jié)L下，但小球與斜槽間有摩擦力，這個(gè)摩擦力________(選填“會”或“不會”)使實(shí)驗(yàn)的誤差增大。(1)平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)要保證滿足實(shí)驗(yàn)條件，初速度水平和拋出的物體只受重力，即軌道末端水平，小球與背板間無摩擦，不計(jì)空氣阻力。(2)為了滿足軌跡相同，需要小球由同一斜槽、同一高度處由靜止釋放。訓(xùn)練1兩個(gè)同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)：(1)甲同學(xué)采用如圖甲所示的裝置，擊打金屬片把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)相同的弧形光滑軌道M、N，N的末端與光滑的水平板相切，兩小鐵球P、Q能以相同的初速度同時(shí)分別從軌道下端水平射出。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______________________________________________________________。訓(xùn)練2在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球不同時(shí)刻在空中的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用了如圖所示的裝置，先將斜槽軌道末端的切線調(diào)整水平，在一塊平整的木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙，將該木板豎直立于水平地面上，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板遠(yuǎn)離槽口平移距離x，再次使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；再將木板遠(yuǎn)離槽口平移距離x，小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，得到痕跡C，測得A、B間的距離為y1，B、C間的距離為y2，當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是。A．斜槽軌道必須盡可能光滑B．小球每次須從同一位置由靜止釋放C．應(yīng)選擇質(zhì)量較小的空心塑料小球(2)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小v0=（用x、y1、y2、g表示）。探究二數(shù)據(jù)處理和誤差分析例2用如圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。將白紙和復(fù)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(diǎn)飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。甲(1)下列實(shí)驗(yàn)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?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。a.取平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，將鋼球靜置于Q點(diǎn)，鋼球的________(選填“最上端”“最下端”或“球心”)對應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)；在確定y軸時(shí)________(選填“需要”或“不需要”)y軸與重垂線平行。乙b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點(diǎn)，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖乙所示，在軌跡上取A、B、C三點(diǎn)，AB和BC的水平間距相等且均為x，測得AB和BC的豎直間距分別是y1和y2，則eq\f(y1,y2)________(選填“大于”“等于”或“小于”)eq\f(1,3)?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣葀0大小為________(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，結(jié)果用上述字母表示)。(3)為了得到平拋物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，同學(xué)們還提出了以下三種方案，其中可行的是________。A.從細(xì)管水平噴出穩(wěn)定的細(xì)水柱，拍攝照片，即可得到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡B.用頻閃照相法在同一底片上記錄平拋鋼球在不同時(shí)刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)(1)斜槽安裝：實(shí)驗(yàn)中必須調(diào)整斜槽末端切線水平，將小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，則斜槽末端切線水平。(2)方木板固定：方木板必須處于豎直平面內(nèi)，固定時(shí)要用重垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直。(3)小球釋放①小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。②小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜。(4)坐標(biāo)原點(diǎn)：坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，而是小球出槽口時(shí)球心在木板上的投影點(diǎn)。訓(xùn)練1某實(shí)驗(yàn)小組在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)時(shí)的簡要步驟如下：A．讓小球多次從斜槽上的同一位置由靜止釋放，在方格紙上記下小球經(jīng)過的一系列水平間隔相等的位置，如圖中A、B、C、D所示；B．放置好實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)節(jié)斜槽軌道末端至水平；C．取下方格紙，以平滑曲線畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡；D．在方格紙上畫出xOy坐標(biāo)系后，將方格紙固定在實(shí)驗(yàn)裝置上，并使O點(diǎn)與小球拋出點(diǎn)重合y軸與鉛垂線平行。(1)上述實(shí)驗(yàn)步驟合理的先后順序應(yīng)為（用步驟前的字母序號填寫）。(2)已知小方格的邊長為L，重力加速度為g，則小球平拋的初速度v0=（用L、g表示）。訓(xùn)練2在做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)：(1)鋼球拋出點(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________這一器材來確定的。(2)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到的軌跡如圖所示，由軌跡可知，豎直距離yOA：yAB：yBC＝________，運(yùn)動(dòng)時(shí)間tOA：tAB：tBC＝________，這表明豎直方向是初速度為________的____________運(yùn)動(dòng)。1.采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)。甲(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要下列哪個(gè)器材________。A.彈簧測力計(jì)B.重垂線C.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(2)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。下列的一些操作要求，正確的是________。A.每次必須由同一位置靜止釋放小球B.每次必需嚴(yán)格地等距離下降擋板記錄小球位置C.小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸D.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些(3)若用頻閃攝影方法來驗(yàn)證小球在平拋過程中水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)，記錄下如圖乙所示的頻閃照片。在測得x1、x2、x3、x4后，需要驗(yàn)證的關(guān)系是______________________。已知頻閃周期為T，用下列計(jì)算式求得的水平速度，誤差較小的是________。乙A.eq\f(x1,T) B.eq\f(x2,2T)C.eq\f(x3,3T) D.eq\f(x4,4T)2.(2024·湖南臨湘高一期末)頻閃照相是研究變速運(yùn)動(dòng)常用的實(shí)驗(yàn)手段。在暗室中，頻閃儀的快門處于常開狀態(tài)，頻閃儀每隔一定時(shí)間發(fā)出一次短暫的強(qiáng)烈閃光，照亮運(yùn)動(dòng)的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個(gè)閃光時(shí)刻的位置。某物理小組利用如圖甲所示的裝置，探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。他們分別在該裝置正上方和右側(cè)正前方安裝了頻閃儀A、B，其中頻閃儀A拍攝水平方向的運(yùn)動(dòng)情況，頻閃儀B拍攝豎直方向的運(yùn)動(dòng)情況，拍攝后得到的頻閃照片如圖乙所示，O為拋出點(diǎn)，P為運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析回答下列問題。(1)圖乙中，頻閃儀B所拍攝的頻閃照片為________[選填“(a)”或“(b)”]。(2)圖乙中，頻閃照片(b)可以說明，小球________________________________。3.在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中：(1)①圖甲是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端點(diǎn)時(shí)的________。甲A.球心B.球的上端C.球的下端②(多選)在此實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是______。A.斜槽軌道必須光滑B.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C.用光滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來D.y軸的方向根據(jù)重垂線確定(2)圖乙是利用圖甲裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，由照片可判斷實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤的是_____________________________________________________________。乙A.釋放小球時(shí)初速度不為零B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線不水平(3)圖丙是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其中正確的是________。丙4.[2020·天津卷，9(1)]某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示裝置測定平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。把白紙和復(fù)寫紙疊放一起固定在豎直木板上，在桌面上固定一個(gè)斜面，斜面的底邊ab與桌子邊緣及木板均平行。每次改變木板和桌邊之間的距離，讓鋼球從斜面頂端同一位置滾下，通過碰撞復(fù)寫紙，在白紙上記錄鋼球的落點(diǎn)。(1)為了正確完成實(shí)驗(yàn)，以下做法必要的是______。A.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保持桌面水平B.每次應(yīng)使鋼球從靜止開始釋放C.使斜面的底邊ab與桌邊重合D.選擇對鋼球摩擦力盡可能小的斜面(2)實(shí)驗(yàn)小組每次將木板向遠(yuǎn)離桌子的方向移動(dòng)0.2m，在白紙上記錄了鋼球的4個(gè)落點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)之間的距離依次為15.0cm、25.0cm、35.0cm，如圖所示。重力加速度g＝10m/s2，鋼球平拋的初速度為________m/s。(3)如圖裝置中，木板上懸掛一條重垂線，其作用是________________________。5.(2024·深圳市紅嶺中學(xué)高一期中)在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球不同時(shí)刻在空中所通過的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用了如圖所示的裝置。在一塊平整的木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙。將該木板豎直立于水平地面上，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠(yuǎn)離槽口的方向平移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；又將木板再向遠(yuǎn)離槽口的方向平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，再得到痕跡C，重力加速度為g。請回答以下問題：(1)每次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放的原因是___________________________________________________________________，同時(shí)需要保證斜槽軌道的末端________。(2)根據(jù)圖上直接測量的物理量，求得小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間t＝______________，初速度的表達(dá)式v0＝______________。(3)當(dāng)小球撞在木板上得到痕跡B時(shí)，木板距斜槽末端的水平距離d＝________。6.某同學(xué)用電磁實(shí)驗(yàn)裝置和頻閃相機(jī)分別研究平拋運(yùn)動(dòng)：(1)如圖甲所示，將小球a由斜槽上某一高度處靜止釋放，小球離開斜槽末端（水平）時(shí)撞開輕質(zhì)接觸式開關(guān)，被電磁鐵吸住的小球b同時(shí)自由下落。結(jié)果發(fā)現(xiàn)a、b兩球同時(shí)落地，這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)說明：；(2)某次實(shí)驗(yàn)，頻閃照相記錄兩小球a、b在不同時(shí)刻的位置如圖乙所示。若實(shí)驗(yàn)所用小球直徑為D，用刻度尺測得照片中小球直徑為d。圖乙中b球運(yùn)動(dòng)過程中四個(gè)相鄰時(shí)刻的豎直高度差分別為y0、y1、y2，a球兩個(gè)相鄰時(shí)刻水平距離x，重力加