實(shí)驗(yàn)五　探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

6/6實(shí)驗(yàn)五探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)考情調(diào)研命題特征2021年全國乙卷考查了探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、2022年浙江1月選考卷考查了探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。2023年北京卷和浙江卷考查了探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，預(yù)計(jì)2025年的高考對(duì)課標(biāo)教材中新增實(shí)驗(yàn)的考查力度會(huì)加大1.考裝置：器材裝配以及其他器材替代。2.考軌跡：通過畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，分析初速度等。3.考變化：描點(diǎn)方式、實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新某實(shí)驗(yàn)小組為探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案。【實(shí)驗(yàn)原理】（1）平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是曲線，該小組計(jì)劃把復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)相對(duì)簡單的直線運(yùn)動(dòng)，分別探究物體在豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用小錘擊打彈性金屬片，a球沿水平方向拋出，同時(shí)b球由靜止開始自由下落，可觀察到兩小球幾乎同時(shí)落地；改變兩小球距地面的高度和擊打的力度，多次實(shí)驗(yàn)，都能觀察到兩小球幾乎同時(shí)落地。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，（選填“能”或“不能”）判斷出a球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)；（選填“能”或“不能”）判斷出a球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)?！緦?shí)驗(yàn)步驟】（2）為進(jìn)一步探究小球平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖（b）所示的實(shí)驗(yàn)方案，將白紙和復(fù)寫紙對(duì)齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽PQ滑下后從Q點(diǎn)飛出，落在擋板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(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。多次移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)?！咀⒁馐马?xiàng)】（3）為了準(zhǔn)確地描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，下列要求合理的是（填選項(xiàng)前的字母）。A.小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放B.斜槽軌道必須光滑C.斜槽軌道末端必須水平D.本實(shí)驗(yàn)必需的器材還有刻度尺和秒表【數(shù)據(jù)處理】（4）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”或者“球心”）對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)；在確定y軸時(shí)（選填“需要”或者“不需要”）y軸與重垂線平行。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（c）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y1y213（選填“大于”“等于”或者“小于”）?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣却笮椋ㄒ阎?dāng)?shù)刂亓铀俣葹間聽課記錄1.判斷平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是不是拋物線如圖所示，在x軸上作出等距離的幾個(gè)點(diǎn)A1、A2、A3、…，把線段OA1的長度記為l，則OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3、…向下作垂線，與軌跡交點(diǎn)分別記為M1、M2、M3、…，若軌跡是一條拋物線，則各點(diǎn)的y坐標(biāo)和x坐標(biāo)之間應(yīng)該滿足關(guān)系式y(tǒng)＝ax2（a是待定常量），用刻度尺測量某點(diǎn)的x、y兩個(gè)坐標(biāo)值，代入y＝ax2求出a，再測量其他幾個(gè)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值，代入y＝ax2，若在誤差范圍內(nèi)都滿足這個(gè)關(guān)系式，則這條曲線是一條拋物線。2.計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)的初速度情景1：若原點(diǎn)O為拋出點(diǎn)，利用公式x＝v0t和y＝12gt2，即可求出多個(gè)初速度v0＝xg2y，情景2：若原點(diǎn)O不是拋出點(diǎn)，①在軌跡曲線上取三點(diǎn)A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如圖所示。A到B與B到C的時(shí)間相等，設(shè)為T。②用刻度尺分別測出yA、yB、yC，則有yAB＝y(tǒng)B－yA，yBC＝y(tǒng)C－yB。③yBC－yAB＝gT2，且x＝v0T，由以上兩式聯(lián)立得v0＝xgy3.注意事項(xiàng)（1）固定斜槽時(shí)，要保證斜槽末端的切線水平，以保證小球的初速度水平，否則小球的運(yùn)動(dòng)就不是平拋運(yùn)動(dòng)。（2）小球每次從槽中的同一位置由靜止釋放，這樣可以確保每次小球拋出時(shí)的速度相等。（3）坐標(biāo)原點(diǎn)（小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)）不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球在槽口時(shí)，球的球心在背板上的水平投影點(diǎn)。1.某同學(xué)進(jìn)行了探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。該同學(xué)采用如圖所示的裝置，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的末端可看作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。2.（2021·全國乙卷22題）某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖（b）所示（圖中未包括小球剛離開軌道的影像）。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖（b）中標(biāo)出。完成下列填空：（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（1）小球運(yùn)動(dòng)到圖（b）中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為m/s，豎直分量大小為m/s；（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮閙/s2?！镜淅?】（2024·湖南永州模擬）2023年夏天，異常炎熱，水槍玩具銷售火爆，不僅兒童玩水槍，有的成年人也玩。周瀟同學(xué)有一把電動(dòng)水槍，它有三種模式，一種是散射，一種是直線連續(xù)噴射，還有一種是脈沖式發(fā)射。周瀟同學(xué)想測定后兩種模式水槍的發(fā)射速度。（1）他將電動(dòng)水槍水平固定在鐵架臺(tái)上，采用直線連續(xù)噴水模式，按壓扳機(jī)后細(xì)水柱沿直線噴出，在空中劃出一條曲線。在鐵架臺(tái)后面平行于水槍豎直固定一塊坐標(biāo)板，使O點(diǎn)處于槍口位置，x軸與槍口在同一水平線上，水槍噴水后用手機(jī)拍照，得到如圖乙所示的軌跡。如果重力加速度g＝10m/s2，根據(jù)圖中軌跡可得初速度v0＝m/s。（結(jié)果保留1位小數(shù)）（2）如果水槍并不完全水平，而是槍口略向下偏，則根據(jù)圖乙數(shù)據(jù)測出的初速度相對(duì)實(shí)際值（選填“偏大”“相等”或“偏小”）。（3）改用脈沖發(fā)射方式，每次發(fā)射都射出一個(gè)“水彈”（很短的小水柱）。測出槍口的高度及“水彈”的射程。改變水槍高度，多次實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出槍口高度“y”與射程的平方（x2）關(guān)系圖線如圖丙所示：如果重力加速度g＝10m/s2，由圖可知水槍發(fā)射“水彈”的初速度大小為m/s。三步穩(wěn)解題（1）分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定平拋運(yùn)動(dòng)物體的初速度。（2）確定實(shí)驗(yàn)原理①圖乙中根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)軌跡利用x＝v0t和y＝12gt2②圖丙中根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律找出y-x2的關(guān)系，再根據(jù)圖像斜率求初速度。（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：圖乙中取軌跡上的一點(diǎn)代入x＝v0t，y＝12gt2兩個(gè)方程中；圖丙中根據(jù)x＝v0t，y＝12gt2得到y(tǒng)＝g2v02x2聽課記錄1.某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置測定平拋運(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（填選項(xiàng)前的字母符號(hào)）。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(duì)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，如圖乙。重力加速度g＝10m/s2，鋼球平拋的初速度為m/s。（3）如圖甲所示的裝置中，木板上懸掛一條鉛垂線，其作用是。2.某物理小組利用如圖甲所示的裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在斜槽軌道的末端安裝一個(gè)光電門，調(diào)節(jié)激光束與實(shí)驗(yàn)所用小鋼球的球心等高，斜槽末端切線水平，又分別在該裝置正上方A處和右側(cè)正前方B處安裝頻閃攝像頭進(jìn)行拍攝，鋼球從斜槽上的固定位置無初速度釋放，通過光電門后拋出，得到的頻閃照片如圖丙所示，O為拋出點(diǎn)，P為運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)，g取10m/s2。（1）用50分度游標(biāo)卡尺測得鋼球直徑如圖乙所示，