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高中 | 探究平抛运动的特点题目答案及解析如下,仅供参考!
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
"]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 。
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${{y}_{d}}=5L$。
若$L=2.45\ \text{cm}$ ,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)
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$k$、$d$和$g$表示)
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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