2021年2020版物理新增分大一轮新高考(京津鲁琼)讲义：第四章曲线运动万有引力与航天实验五含解析.pdf

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1、实验五探究平抛运动的特点1实验目的(1)用实验的方法描出平抛运动的轨迹(2)用实验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：xv0t 和 y12gt2，可得 v0 xg2y.3实验器材(以斜面小槽法为例)斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺4实验步骤(以斜面小槽法为例)(1)按图 1 甲所示安装实验装置，使斜槽末端水平图 1(2)以斜槽水平末端端口上小球球心在木板上的投影点为坐标原点O，用重垂线画出过O 点的竖直线作为 y 轴，画出水平的x 轴(3)使小球从

2、斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点，用同样方法，在小球运动路线上描下若干点(4)将白纸从木板上取下，将白纸上各点用平滑曲线连起来，如图乙所示1实验注意事项(1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平(2)固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直(3)小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置固定一个挡板(4)要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下|精.|品.|可.|编.|辑

3、.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 1 页，共 9 页角，这样可以减小测量误差(5)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点(6)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算2判断平抛运动的轨迹是不是抛物线(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y ax2的关系，且同一轨迹上a 是一个确定的值(2)验证方法：方法一：代入法用刻度尺测量几个点的x、y 坐标值，分别代入yax2中求出常数a，看计算得到的a 值在误差允许的范围内是否是一个常数方法二：图象法建立 yx2坐

4、标系，根据所测量的各个点的x、y 坐标值分别计算出对应y 值的 x2值，在 yx2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率即为a 值3计算平抛运动的初速度(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x 及竖直位移y，就可求出初速度v0，因 xv0t，y12gt2，故 v0 xg2y.(2)平抛轨迹残缺(即无抛出点)如图 2 所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使 A、B 间及 B、C 间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B 间与 B、C 间所用时间相等，设为t，则 h hBChABgt2，所以 thBChABg，所以初速度v0 xtxg

5、hBC hAB.图 2 命题点一教材原型实验例 1在“探究平抛运动的特点”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 2 页，共 9 页文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S

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11、Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2图 3(1)实验简要步

12、骤如下：A如图3 所示，安装好器材，注意斜槽末端水平以及平板竖直放置，记下斜槽末端O 点和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是B让小球多次从(“同一”或者“不同”)位置上滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置C测出曲线上某点的x、y 坐标值，(当地重力加速度g 已知)用 v0算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值D取下白纸，以O 为原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹(2)研究平抛运动，下面说法正确的是A使用密度大、体积小的小球B必须测出平抛小球的质量C将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行D尽量减小小球与斜槽之间的摩擦答案(

13、1)让小球置于槽口任一位置，小球均不发生滚动同一xg2y(2)AC 解析(1)步骤 A 中根据平衡，若FNG，小球不会滚动，此时FN竖直向上，说明末端水平；步骤B 中要记下小球运动途中经过一系列位置，不可能在一次平抛中完成，每次平抛只能确定一个位置，要确定多个位置，要求小球每次的轨迹重合，故小球平抛时的初速度必须相同，小球每次从同一位置滚下；步骤C 中，由 xv0t 及 y12gt2得 v0 xg2y；(2)研究平抛运动，一是尽量减小小球运动中空气阻力的影响，二是准确地描绘出小球的轨迹，故 A、C 正确变式 1两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验：图 4(1)甲同学采

14、用如图4 甲所示的装置，用小锤击打弹性金属片，使A 球沿水平方向弹出，同时B 球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变A 球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明(2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 3 页，共 9 页文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z

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21、HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2N 的末端可看做与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D 的高度使 ACBD，从而保证小铁球P、Q 在轨道出口处的水平初速度v0相等，现将小铁球P、Q 分别吸在电磁铁C、D 上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N 的末端射出，实验可观察到的现象应是仅仅改变弧形轨道M 的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明答案(1)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P 球击中 Q 球平抛运动的物体在水平方向

22、上做匀速直线运动解析(1)通过对照实验，说明两球具有等时性，由此说明平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动；(2)两球在水平轨道上相遇，水平方向运动情况相同，说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动例 2某物理兴趣小组做“探究平抛运动的特点”实验时，分成两组，其中一个实验小组让小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到如图5 所示的照片，已知每个小方格边长10 cm，当地的重力加速度g 取 10 m/s2，其中 C 点处的位置坐标已被污迹覆盖图 5(1)若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向建立直角坐标系，被拍摄到的小球在 C 点位置的坐标为(2)小球平抛的初速度大小

23、为(3)另一个实验小组的同学正确地进行实验并正确地描绘了运动轨迹，测量了轨迹上的不同点的坐标值，根据所测得的数据以y 为纵轴，以 x2为横轴，在坐标纸上画出对应的图象，发现为过原点的直线，并测出直线斜率为2，则平抛运动的初速度v0m/s.答案(1)(60 cm,60 cm)(2)2 m/s(3)102解析(1)根据平抛运动的特点：水平方向的坐标为x3210 cm60 cm，竖直方向的坐标为y(123)10 cm60 cm，故被拍摄到的小球在C 点位置坐标为(60 cm,60 cm)(2)由 hgt2得 t hgLg0.110s0.1 s，则 v0 xt2Lt20.10.1m/s2 m/s.(3

24、)小球做平抛运动，在竖直方向上有y12gt2，|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 4 页，共 9 页文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S

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30、Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2水平方向上有xv0t，解得 yg2v02x2，则 yx2图象的斜率kg2v02，解得 v0g2k1022

31、m/s102m/s.变式 2如图 6 甲所示是“探究平抛运动的特点”的实验装置图，图乙是实验后记录的数据，其中 O 点为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为m/s.图 6 答案1.6 解析由平抛运动的规律知，在水平方向上小球做匀速直线运动，则xv0t竖直方向上小球做自由落体运动，则y12gt2将其中一组数据如x32.0 cm，y 19.6 cm 代入 式得 v01.6 m/s.命题点二实验拓展及创新例 3某同学设计了一个“探究平抛运动的特点”的实验实验装置示意图如图7 甲所示，A 是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(如图甲中P0P0、P1P1、)，槽间距离均为 d.把覆盖复写纸

32、的白纸铺贴在硬板B 上实验时依次将B 板插入 A 板的各插槽中，每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放每打完一点后，把 B 板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到的小球在白纸上打下的若干痕迹点如图乙所示图 7(1)实验前应对实验装置反复调节，直到.每次让小球从同一位置由静止释放，是为了.(2)每次将 B 板向内侧平移距离d，是为了.(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹答案(1)斜轨道末端切线水平、A 板水平、插槽P0P0垂直斜轨道并在斜轨道末端正下方使小球每次做平抛运动的初速度都相同(2)使记录纸上每两点之间的水平距离相等(3)见解析图|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|

33、资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 5 页，共 9 页文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM

34、5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ

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36、:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8

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39、编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2解析(1)对实验装置反复调节的目的：使斜轨道末端切线水平，以保证小球离开轨道时做平抛运动；使 A 板水平，保证B 板总处于同一高度；使插槽 P0P0垂直斜轨道并在斜轨道末端正下方，以保证B 板在

40、 P0P0时小球的痕迹为抛出点每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保证小球每次以相同初速度做平抛运动(2)每次将 B 板向内侧平移距离d，是为了使记录纸上每两点间的水平距离相等(3)如图所示变式 3某物理实验小组利用如图8 所示装置测量小球做平抛运动的初速度，在地面上沿抛出的速度方向水平放置一把刻度尺，让悬挂在抛出点处的重锤的投影落在刻度尺的零刻度线上，则利用小球在刻度尺上的落点位置，就可以直观地得到小球做平抛运动的初速度，下列各图表示四位同学在刻度尺旁边分别制作出的速度标尺(图中 P 点为重锤的投影位置)，其中可能正确的是图 8 答案A 解析设小球做平抛运动的竖直高度为h，由 h12gt2

41、，得 t2hg；在水平方向有xv0t，即平抛运动的水平位移xv02hg，可见 x 与 v0成正比，在速度标尺上的速度值应该是均匀分布的，选项A 正确变式4试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射初速度”的实验方法，提供的实验器材有：弹射器(含弹丸，如图9 所示)、铁架台(带有夹具)、米尺(重力加速度g 已知)|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 6 页，共 9 页文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:

42、CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 H

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48、档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2图 9(1)画出实验示意图(2)在安装弹射器时应注意：.(3)实验中需要测量的物理量(在画出的示意图中用字母标出)：.(4)由 于 弹 射 器 每 次 射 出 的 弹 丸 初 速 度 不 可 能 完 全 相 等，在 实 验 中 采 取 的 方 法是(5)计算公式为答案见解析解析(1)如图所示：(2)安装时要注意弹射器应固定，且弹射器发射方向应保持水平；(3)实验中需测量弹丸射出的水平距离x 和弹射器与水平地面的高度差h；(4)在弹射器

49、高度不变的情况下多次实验，取x1、x2 xn的平均值x 作为实数据；(5)v弹丸x2hg xg2h.|精.|品.|可.|编.|辑.|学.|习.|资.|料.*|*|*|*|欢.|迎.|下.|载.第 7 页，共 9 页文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6

50、 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文档编码:CX4U3C9J7S8 HM5Z8Q10O3R6 ZJ5V8O5B4Y2文