备考2024届高考物理一轮复习讲义第四章曲线运动实验五探究平抛运动的特点命题点1教材基础实验

实验五　探究平抛运动的特点核心考点五年考情命题分析预测实验原理和数据处理2022：海南T14（2），浙江1月T17（1）高考对平抛运动实验的考查落点一般在实验原理与数据处理上，试题经常在实验装置、数据处理等方面进行创新，难度不太大.预计2025年高考可能会出现关于探究平抛运动特点的创新实验：创新测速度的方法，比如使用手机、传感器等.实验误差分析2022：福建T11；2019：浙江4月T17创新实验设计2023：北京T16，浙江6月T16－Ⅰ（1）；2021：全国乙T22；2020：天津T9（1）；2019：北京T211.实验目的（1）用实验的方法描绘出平抛运动的轨迹.（2）用平抛运动的轨迹求解平抛物体的初速度.2.实验原理使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式x＝v0t和y＝12gt2，可得v0＝xg2y.3.器材与装置（1）人教版实验装置（2）其他版教材实验装置 4.实验步骤（1）安装、调整斜槽将斜槽固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，斜槽末端的[1]　切线水平　，如图所示.（2）调整木板并确定坐标原点用图钉将坐标纸固定在木板上，把木板调整到竖直位置，使板面与小钢球运动轨迹所在的平面平行且靠近.把小钢球放在槽口（斜槽末端）处，用铅笔记下小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点O，O点即坐标原点.利用[2]　重垂线　画出过坐标原点的竖直线作为y轴，在水平方向建立x轴.（3）描点使小钢球从斜槽上某一位置由静止滚下，小钢球从斜槽末端飞出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小钢球在某一x值处的y值，然后让小钢球从斜槽上[3]　同一　位置由静止滚下，移动笔尖在坐标纸上的位置，当小钢球恰好与笔尖正碰时，用铅笔在坐标纸上描出代表小钢球通过位置的点.重复几次实验，在坐标纸上描出一系列代表小钢球通过位置的点.（4）描绘出平抛运动的轨迹取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用[4]　平滑曲线　连接起来，即可得到小钢球做平抛运动的轨迹.5.数据处理（1）判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、…，把线段OA1的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3、…向下作垂线，与轨迹交点分别记为M1、M2、M3、…，若轨迹是一条抛物线，则各点的y坐标和x坐标之间应该满足关系式y＝ax2（a是待定常量），用刻度尺测量某点的x、y两个坐标值代入y＝ax2求出a，再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2，若在误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是抛物线的一部分.（2）计算平抛物体的初速度情境1：若原点O为抛出点，利用公式x＝v0t和y＝12gt2即可求出多个初速度v0＝xg2y，最后求出初速度的平均值，这就是做平抛运动的物体的初速度.情境2：若原点O不是抛出点①在轨迹曲线上取三点A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如图所示.A到B与B到C的时间相等，设为T.②用刻度尺分别测出yA、yB、yC，则有yAB＝yB－yA，yBC＝yC－yB.③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上两式得v0＝xgyBC－yAB.6.注意事项（1）应保持斜槽末端的切线水平，钉有坐标纸的木板竖直，并使小钢球的运动靠近坐标纸但不接触.（2）小钢球每次必须从斜槽上[5]　同一位置无初速度　滚下，在斜槽上释放小钢球的高度应适当，使小钢球以合适的水平初速度抛出，其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布，从而减小测量误差.（3）坐标原点（小钢球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点.研透高考明确方向命题点1　教材基础实验 1.[实验原理＋实验操作/2022浙江1月]在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴.让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示.在轨迹上取一点A，读取其坐标（x0，y0）.（1）下列说法正确的是　C　（单选）.A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据（2）根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝　D　（单选）.A.2ghB.2gy0C.x0g2hD.x0g2y0（3）在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是　确保多次运动的轨迹相同　.解析　（1）斜槽轨道不需要光滑，只需要从同一位置静止释放小球，使其到达斜槽末端的速度相同即可，故选项A错误；由于描点可能出现误差，因此不是把所有的点都用平滑曲线连接起来，选项B错误；求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据，这样误差较小，选项C正确.（2）根据平抛运动规律有x0＝v0t、y0＝12gt2，联立可得v0＝x0g2y0，选项ABC错误，D正确.（3）为了保证能画出同一个平抛运动轨迹上的多个点，必须要在同一位置由静止释放小球，以确保多次运动的轨迹相同（或“保证小球离开斜槽末端的速度v0相同，从而保证其运动轨迹相同”）. 易错分析　（2）中易错用机械能守恒定律mgh＝12mv02得到v0＝2gh，而选答案A；造成这种错误的原因是考生忽略了斜槽轨道不光滑，小球在下滑的过程中机械能是不守恒的；因此本实验中平抛运动的初速度只能从平抛运动的原理去求解.2.[数据处理/2021全国乙]某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律.实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）.图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5cm，该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出.　　图（a）　　　　　图（b）完成下列填空.（结果均保留2位有效数字）（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为　1.0　m/s，竖直分量大小为　2.0　m/s；（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为　9.7　m/s2.解析　（1）小球在水平方向做匀速运动通过A点时，其速度的水平分量大小为vAx＝LT＝0.050.05m/s＝1.0m/s，小球在竖直方向做自由落体运动，加速度恒定，匀加速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，则通过A点时竖直分速度的大小为vAy＝8.6+11.00.05×2×10－2m/s≈2.0m/s.（2）结合逐差法和题中数据可得g＝y3＋y4－（y1＋y2）（2T）2＝（13.4+11.0）－（6.1+8.6）0.12×10－2m/s2＝9.7m/s2.