3．实验：探究平抛运动的特点 [实验目标] 1．探究平抛运动竖直分运动的特点。2．探究平抛运动水平分运动的特点。 类型一 实验原理与操作 【典例1】 在做“研究平抛运动”的实验时，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹，实验装置如图所示。 (1)实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是_____。 A．铅垂线 B．秒表 C．弹簧测力计 D．天平 (2)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查斜槽末端是否水平，请简述你的检查方法_____。 (3)关于这个实验，下列说法正确的是_____。 A．小球释放的初始位置越高越好 B．每次小球要从同一高度由静止释放 C．实验前要用铅垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直 D．小球的平抛运动要靠近木板但不接触 (4)在做“研究平抛运动”的实验时，坐标纸应当固定在竖直的木板上，图中坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是_____。 A B C D [解析] (1)实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，还需要的是铅垂线。故选A。 (2)将小球放在斜槽末端的任意位置，小球静止不动，则斜槽末端水平(或用水平仪检查斜槽末端是否水平)。 (3)小球释放的初始位置并非越高越好，若是太高，导致水平抛出的速度太大，实验难以操作，故A错误；因为要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故B正确；小球在竖直方向做自由落体运动，水平方向做匀速运动，为了正确描绘其轨迹，必须使坐标纸上的竖线是竖直的，故C正确；实验要求小球滚下时不能碰到木板平面，避免因摩擦而使运动轨迹改变，最后轨迹应连成平滑的曲线，故D正确。 (4)斜槽末端是水平的，小球做平抛运动，要分解为水平方向和竖直方向的分运动，故方格纸应该水平竖直，坐标原点应该与小球在斜槽末端静止时在木板上的投影重合，故C正确，ABD错误。 [答案] (1)A (2)将小球放在斜槽末端的任意位置，小球静止不动，则斜槽末端水平(或用水平仪检查斜槽末端是否水平) (3)BCD (4)C 类型二 数据处理和误差分析 【典例2】 (2021·全国乙卷)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0.05 s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5 cm，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。 完成下列填空：(结果均保留两位有效数字) (1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为_____m/s，竖直分量大小为_____m/s。 (2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为_____m/s2。 [解析] (1)小球在水平方向上做匀速直线运动，小球运动到A点时，由题图(b)可知，其速度的水平分量vx＝ m/s＝1.0 m/s，小球在竖直方向上做匀加速直线运动，根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度可知，小球运动到A点时，其速度的竖直分量vy＝ m/s≈2.0 m/s。 (2)在竖直方向上，根据Δy＝gT2，解得当地的重力加速度g＝ m/s2＝9.7 m/s2。 [答案] (1)1.0 2.0 (2)9.7 类型三 创新实验设计 【典例3】 如图所示，探究平抛运动的特点的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变。改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。 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 ... ...
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