Question

12．有甲、乙、丙三個(gè)同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了“探究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)：

（1）甲同學(xué)采用如圖（1）所示的裝置．用小錘打擊彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時(shí)B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地，改變小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)．
（2）乙同學(xué)采用如圖（2）所示的裝置．兩個(gè)相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端與可看作光滑的水平板相切；兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度，使AC=BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v₀相等，現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小鐵球能以相同的初速度v₀同時(shí)分別從軌道M、N的下端射出．實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象是PQ兩球?qū)⑾嗯觯畠H僅改變弧形軌道M距水平板的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（3）丙同學(xué)采用頻閃照相法．圖（3）為小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)所拍攝的閃光照片的一部分，圖中小方格的邊長(zhǎng)為5cm，已知閃光頻率是10Hz，那么小球的初速度大小為1.5m/s，小球在位置B時(shí)的瞬時(shí)速度大小為2.5m/s，若以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為x軸正方向，豎直向下為y軸正方向建立平面直角坐標(biāo)系，則小球初始位置的坐標(biāo)為（-15cm，-5cm）．（g=10m/s²）

Answer 1

分析 （1）探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律中，實(shí)驗(yàn)甲同時(shí)讓A球做平拋運(yùn)動(dòng)，B球做自由落體運(yùn)動(dòng)．若兩小球同時(shí)落地，則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)．
（2）實(shí)驗(yàn)乙同時(shí)讓P球做平拋運(yùn)動(dòng)，Q球做勻速運(yùn)動(dòng)．若兩小球相碰，則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)．
（3）用頻閃照相儀得到的圖片，它們間的時(shí)間是相等，但1的位置并不一定是拋出點(diǎn)．所以處理時(shí)1位置的豎直方向有初速度．因此利用在相等的時(shí)間內(nèi)位移之差是恒定的，結(jié)合重力加速度可求出它們間的時(shí)間．再利用水平方向的位移結(jié)合時(shí)間可算出拋出速度．根據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于此段位移的平均速度，可得小球到達(dá)B點(diǎn)的速度，于是可得小球從拋出到B的時(shí)間，結(jié)合自由落體規(guī)律和水平方向的規(guī)律可得拋出點(diǎn)的坐標(biāo)．

解答 解：（1）在打擊金屬片時(shí)，兩小球同時(shí)做平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體運(yùn)動(dòng)．結(jié)果同時(shí)落地，則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)．
故答案為：平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)．
（2）讓兩小球從相同的弧形軌道上相同高度滾下，從而使兩小球同時(shí)滾離軌道并具有相同的速度．小球P做平拋運(yùn)動(dòng)，小球Q做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩小球相遇時(shí)則說(shuō)明小球平拋運(yùn)動(dòng)水平方向是勻速直線運(yùn)動(dòng)．當(dāng)同時(shí)改變兩小球滾下的高度時(shí)，仍能相碰，則說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)水平方向總是勻速直線運(yùn)動(dòng)．
故答案為：兩球PQ將相碰，平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（3）平拋運(yùn)動(dòng)可看成豎直方向自由落體運(yùn)動(dòng)與水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)；
在豎直方向：由△h=gt²可得：
t=$\sqrt{\frac{2L}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×0.05}{10}}$=0.1s
水平方向：由x=v₀t得：
v₀=$\frac{3L}{t}$=$\frac{3×0.05}{0.1}$=1.5m/s
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于此段位移的平均速度，可得小球到達(dá)B點(diǎn)的豎直方向分速度為：
v_By=$\frac{8L}{2t}$=$\frac{8×0.05}{2×0.1}$=2m/s；
小球在位置B時(shí)的瞬時(shí)速度大小為v_B=$\sqrt{{v}_{0}^{2}+{v}_{By}^{2}}$=2.5m/s
故從拋出點(diǎn)到B的時(shí)間為：t=$\frac{{v}_{By}^{\;}}{g}$=$\frac{2}{10}$=0.2s；
故從拋出到B點(diǎn)的水平位移為：x=v₀t=1.5×0.2=0.3m=30cm；
故從拋出到B點(diǎn)的豎直位移為：y=$\frac{1}{2}$gt²=$\frac{1}{2}$×g×0.2²=20cm；
所以，拋出點(diǎn)坐標(biāo)為：（-15cm，-5cm）
故答案為：（1）平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)；
（2）平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)；
（3）1.5，2.5，-15，-5．

點(diǎn)評(píng) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究出平拋運(yùn)動(dòng)處理的規(guī)律，并掌握了運(yùn)動(dòng)的合成與分解，同時(shí)運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題，難度適中．