高中 | 探究平抛运动的特点 题目答案及解析

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必修2

第五章 曲线运动

5.3 实验:研究平抛运动

探究平抛运动的特点

实验小组根据平抛运动的规律,设计不同实验方案测量小球做平抛运动的初速度大小。

他们利用如图甲所示的实验装置,用“描迹法”测量小球做平抛运动的初速度大小。关于该实验,下列说法正确的是$(\quad\ \ \ \ )$

["

斜槽轨道末端应保持水平

","

应想办法尽量减小小球与轨道之间的摩擦

","

每次应将小球从斜槽轨道上同一位置由静止释放

","

实验时,必须控制挡板高度等间距下降

"]
[["AC"]]

A.为保证小球初速度水平,斜槽轨道末端应保持水平,故A正确;

B.小球与轨道之间的摩擦对实验结果无影响,故B错误;

C.为保证小球初速度相等,每次应将小球从斜槽轨道上同一位置由静止释放,故C正确;

D.挡板高度无需等间距下降,故D错误;

故选AC。

该小组正确实验后,在方格纸上记录了小球在不同时刻的位置如图乙中$a$$b$$c$所示,建立如图所示的平面直角坐标系,$y$轴沿竖直方向,方格纸每一小格的边长为$L$$a$$b$$c$三点的坐标分别为$a$$2$$L$$2$$L$)、$b$$4$$L$$3$$L$)、$c$$8$$L$$8$$L$)。小球从$a$点到$b$点所用时间为${{t}_{1}}$$b$点到$c$点所用时间为${{t}_{2}}$,则$\dfrac{{{t}_{2}}}{{{t}_{1}}}=$                    ;在小球轨迹上取一个点$d$(图中未画出),使得小球从$b$点到$d$点和从$d$点到$c$点的运动时间相等,则$d$点的纵坐标为                  。

[]
[["$2$","$5L$"]]

由图可知$\dfrac{{{x}_{ab}}}{{{x}_{bc}}}=\dfrac{1}{2}$,根据水平方向做匀速直线运动可知$x={{v}_{0}}t$,则$\dfrac{{{t}_{2}}}{{{t}_{1}}}=2$,根据水平方向做匀速直线运动可知相邻两点的水平距离相等,竖直方向满足$\Delta y={{y}_{cd}}-{{y}_{bd}}={{y}_{bd}}-{{y}_{ab}}$,设$d$点的纵坐标为${{y}_{d}}$,则$8L-{{y}_{d}}-({{y}_{d}}-3L)=({{y}_{d}}-3L)-L$,解得${{y}_{d}}=5L$

$L=2.45\ \text{cm}$ ,当地重力加速度的大小为$\rm 9.8\ m/s^{2}$,则小球做平抛运动的初速度大小为${{v}_{0}}=$                  $\rm m/s$。(计算结果保留$2$位有效数字)

[]
[["$0.98$"]]

竖直方向有$\Delta y=g{{T}^{2}}$,水平方向有${{v}_{0}}=\dfrac{2L}{T}$,解得$v_{0}=0.98\ \text{m/s}$

该实验小组又设计一个新的方案,如图丙所示。$O$点处有一点光源,$O$点正前方$d$处竖直放置一块毛玻璃,将小球从$O$点垂直毛玻璃水平抛出,在毛玻璃后方观察到小球在毛玻璃上的投影点$P$,利用频闪相机记录小球在毛玻璃上的投影点$P$的位置。可得到$P$沿毛玻璃下降的高度$h$随小球运动时间$t$变化的关系如图丁所示,若该图像斜率为$k$,重力加速度为$g$,则小球做平抛运动的初速度大小为                  。(用$k$$d$$g$表示)

[]
[["$\\frac{gd}{2k}$"]]

根据平抛运动规律有$d={{v}_{0}}t$$h=\dfrac{1}{2}g{{t}^{2}}$,解得$h=\dfrac{gd}{2{{v}_{0}}}t$,则斜率为$k=\dfrac{gd}{2{{v}_{0}}}$,解得${{v}_{0}}=\dfrac{gd}{2k}$

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