Question

9．三个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验：

（1）甲同学采用如图甲所示的装置．用小锤打击弹性金属片，金属片把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，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明平抛运动在竖直方向上做自由落体运动．
（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N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AC=BD，从而保证小铁球P、Q在轨道末端额定水平初速度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，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出．实验可观察到的现象应是P、Q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）丙同学采用频闪照相法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中每个小方格的边长为L=5cm，则由图可求得拍摄时每0.1s曝光一次，该小球运动到图中2位置时速度大小为2.5m/s（g取10m/s²）．

Answer 1

分析 （1）抓住两球同时落地，得出竖直方向上的运动规律相同，从而得出平抛运动在竖直方向上的运动规律．
（2）平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，由此可得出观察到的现象．
（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，根据水平方向匀速运动可以求出平抛物体的初速度大小，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2点的竖直分速度，从而求出2点的速度．

解答 解：（1）在甲图中，A球做平抛运动，B球做自由落体运动，无论打击的力度多大，两球都同时落地，则A球竖直方向上的运动规律与B球相同，即平抛运动在竖直方向上做自由落体运动．
（2）在乙图中，P球到达底端后做平抛运动，Q球到达底端做匀速直线运动，P、Q两球将相撞，知P球水平方向上的运动规律与Q球相同，即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动．
（3）在竖直方向上，有：△y=2L=gT²，
解得：T=$\sqrt{\frac{2L}{g}}=\sqrt{\frac{2×0.05}{10}}=0.1s$．
则平抛运动的初速度为：${v}_{0}=\frac{3L}{T}=\frac{0.15}{0.1}=1.5m/s$．
b点竖直方向上的分速度为：${v}_{by}=\frac{{y}_{ac}}{2T}=\frac{0.2}{0.1}=2m/s$．
则b点速度为v=$\sqrt{{{v}_{0}}^{2}+{{v}_{by}}^{2}}=\sqrt{1．{5}^{2}+{2}^{2}}=2.5m/s$．
故答案为：（1）平抛运动在竖直方向上做自由落体运动．
（2）P、Q相撞，平抛运动在水平方向上做匀速直线运动．
（3）0.1，2.5，

点评 该实验设计的巧妙，有创新性，使复杂问题变得更直观，因此在平抛运动的规律探究活动中不一定局限于课本实验的原理，要重视学生对实验的创新，同时要加强对平抛运动规律的理解和应用．