Question

4．在做“研究平抛物体的运动”的实验时，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹，并求出平抛运动的初速度．实验装置如图1所示．

（1）关于这个实验，
①除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是B．
A．秒表 B．坐标纸C．天平D．弹簧秤
②下列说法对实验结果不会造成误差的是C
A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平
B．确定Oy轴时，没有用重垂线
C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦
D．根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较近
（2）某同学用如图3所示的装置，进行了“探究平抛运动规律”的实验：
两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球 P、Q，其中N的末端与可看作光滑的水平板相切；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AC=BD，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，使两小铁球能以相同的初速度v₀同时分别从轨道M、N的下端射出．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，这说明平抛运动在水平方向上做匀速直线运动．
（3）某同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图2所示的“小球做平抛运动”的闪光照片的一部分，图中每个背景方格的边长均为4.90cm．则小球平抛的初速度为0.49m/s，小球运动到b点的速度为1.1 m/s（g=9.8m/s²）

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定所需测量的物理量，从而确定所需的器材；根据原理以及实验中的注意事项确定不影响实验误差的操作步骤．
（2）根据两球始终相撞，得出P球在水平方向上的运动规律与Q球相同，从而得出平抛运动在水平方向上的运动规律．
（3）根据竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量求出相等的时间间隔，结合水平位移和时间间隔求出初速度．根据竖直方向上某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出b点的竖直分速度，结合平行四边形定则求出b点的速度．

解答 解：（1）①在做“研究平抛物体的运动”的实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，还需要坐标纸，小球的质量不需要测量，不需要天平和弹簧秤，运动的时间可以用下降的竖直位移求出，不需要秒表．故选：B．
②A、为保证小球的初速度水平，安装斜槽时，斜槽末端切线方向水平，不水平会造成实验的误差，故A错误．
B、确定Oy轴时，没有用重垂线，会造成实验的误差，故B错误．
C、为了保证小球的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止滚下，斜槽是否光滑不影响实验，故C正确．
D、根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O应较远一些，故D错误．
故选：C．
（2）将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度v₀同时分别从轨道M、N的下端射出，发现两球相撞，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，这说明平抛运动在水平方向上做匀速直线运动．
（3）在竖直方向上，根据△y=2L=gT²得，T=$\sqrt{\frac{2L}{g}}=\sqrt{\frac{2×4.9×1{0}^{-2}}{9.8}}s=0.1s$，则小球的初速度${v}_{0}=\frac{2L}{T}=\frac{4.9×1{0}^{-2}}{0.1}m/s=0.49m/s$．
b点的竖直分速度${v}_{yb}=\frac{4L}{2T}=\frac{4×4.9×1{0}^{-2}}{2×0.1}m/s=0.98m/s$．
根据平行四边形定则知，b点的速度${v}_{b}=\sqrt{{{v}_{0}}^{2}+{{v}_{yb}}^{2}}$=$\sqrt{0.4{9}^{2}+0.9{8}^{2}}$≈1.1m/s．
故答案为：（1）①B，②C，（2）平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，（3）0.49，1.1．

点评 解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式和推论灵活求解．