Question

5．在“研究小球平拋運(yùn)動”的實驗中：
（1）安裝實驗裝置的過程中，斜槽末端的切線必須水平，目的是B．
A．保證小球飛出時，速度既不太大，也不太小
B．保證小球飛出時，初速度水平
C．保證小球在空中運(yùn)動的時間每次都相等
D．保證小球運(yùn)動的軌跡是一條拋物線
（2）在“研究平拋運(yùn)動”實驗中，引起實驗誤差的主要原因是B．
A．安裝斜槽時，斜槽末端切線方向不水平
B．確定y軸時，沒有用重錘線
C．斜槽不是絕對光滑的，有一定摩擦
D．空氣阻力對小球運(yùn)動有較大影響
（3）如圖甲所示的演示實驗中，A、B兩球同時落地，說明平拋運(yùn)動在豎直方向上是自由落體運(yùn)動，某同學(xué)設(shè)計了如圖乙的實驗：將兩個斜滑道固定在同一豎直面內(nèi)，末端水平，滑道2與光滑水平板銜接，把兩個質(zhì)量相等的小鋼球，從斜面的同一高度由靜止同時釋放，觀察到兩球在水平面相遇，這說明平拋運(yùn)動在水平方向上是勻速直線運(yùn)動．

（4）該同學(xué)用頻閃照相機(jī)拍攝到小球做平拋運(yùn)動的照片如圖丙所示，圖中背景方格的邊長為L=5cm，A、B、C是小球的三個位置，取g取10m/s²，照相機(jī)拍攝時每隔0.1s曝光一次；小球做平拋運(yùn)動的初速度v₀=1.5m/s．

Answer 1

分析 （1）在實驗中讓小球在固定斜槽滾下后，做平拋運(yùn)動，記錄下平拋后運(yùn)動軌跡．然后在運(yùn)動軌跡上標(biāo)出特殊點(diǎn)，對此進(jìn)行處理，由于是同一個軌跡，因此要求拋出的小球初速度是相同的，所以在實驗時必須確保拋出速度方向是水平的，同時固定的斜槽要在豎直面．
（2）在做平拋物體運(yùn)動的實驗中，實驗成功的關(guān)鍵是小球每次能否以相同的水平速度做平拋運(yùn)動，在具體操作中，無論是影響水平方向的運(yùn)動，還是影響豎直方向上的運(yùn)動，都會引起實驗誤差．
（3）在甲實驗中，兩球始終同時落地，則豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律相同，在乙實驗中，兩球相撞，知兩球在水平方向上的運(yùn)動規(guī)律相同．
（4）平拋運(yùn)動水平方向勻速直線運(yùn)動，豎直方向自由落體運(yùn)動；解答本題的突破口是利用在豎直方向上連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差等于常數(shù)解出閃光周期，然后進(jìn)一步根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律、推論求解．
平拋運(yùn)動豎直方向是自由落體運(yùn)動，對于豎直方向根據(jù)△y=gT²求出時間單位T．對于水平方向由公式v₀=$\frac{x}{t}$ 求出初速度．

解答 解：（1）研究平拋運(yùn)動的實驗很關(guān)鍵的地方是要保證小球能夠水平飛出，只有水平飛出時小球才做平拋運(yùn)動，故ACD錯誤，B正確．
（2）①當(dāng)斜槽末端切線沒有調(diào)整水平時，小球脫離槽口后并非做平拋運(yùn)動，但在實驗中，仍按平拋運(yùn)動分析處理數(shù)據(jù)，會造成較大誤差，故斜槽末端切線不水平會造成誤差；
②確定Oy軸時，沒有用重錘線，就不能調(diào)節(jié)斜槽末端切線水平，和①類似，所以②會引起實驗誤差；
③只要讓它從同一高度、無初速開始運(yùn)動，在相同的情形下，即使球與槽之間存在摩擦力，仍能保證球做平拋運(yùn)動的初速度相同，因此，斜槽軌道不必要光滑，所以③不會引起實驗誤差．
④空氣阻力對小球運(yùn)動有較大影響時，物體做的就不是平拋運(yùn)動了，平拋的規(guī)律就不能用了，所以④會引起實驗誤差．
綜上所述會引起實驗誤差的有①②④，故ACD錯誤，B正確．
（3）用小錘打擊彈性金屬片，B球就水平飛出，同時A球被松開，做自由落體運(yùn)動，兩球同時落到地面，知B球豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律與A球相同，即平拋運(yùn)動豎直方向上做自由落體運(yùn)動．
把兩個質(zhì)量相等的小鋼球從斜面的同一高度由靜止同時釋放，滑道2與光滑水平板吻接，則將觀察到的現(xiàn)象是球1落到水平木板上擊中球2，知1球在水平方向上的運(yùn)動規(guī)律與2球相同，即平拋運(yùn)動在水平方向上做勻速直線運(yùn)動．
（4）在豎直方向上有：△h=5L-3L=gT²，
解得：T=$\sqrt{\frac{2L}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×0.05}{10}}$=0.1s
水平方向：3L=v₀t，
故v₀=$\frac{3L}{T}$=$\frac{3×0.05}{0.1}$
代入數(shù)據(jù)，解得v₀=1.5m/s．
故答案為：（1）B；（2）B；
（3）平拋運(yùn)動在豎直方向上是自由落體運(yùn)動；平拋運(yùn)動在水平方向上是勻速直線運(yùn)動．
（4）0.1；1.5．

點(diǎn)評 （1、4）在實驗中如何實現(xiàn)讓小球做平拋運(yùn)動是關(guān)鍵，因此實驗中關(guān)鍵是斜槽末端槽口的切線保持水平及固定后的斜槽要豎直．對于平拋運(yùn)動問題，一定明確其水平和豎直方向運(yùn)動特點(diǎn)，尤其是在豎直方向熟練應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律和推論解題．
（2）研究平拋物體運(yùn)動的規(guī)律，在實驗時就要保證物體做的是平拋運(yùn)動，特別是初速度，由于需要多次的運(yùn)動，還要保證每次的平拋初速度在水平方向且相同，所有對實驗各個方面的要求都要做到．
（3）解決本題的關(guān)鍵知道平拋運(yùn)動在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上做自由落體運(yùn)動．