Question

18．三個(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)采用如圖甲所示的裝置．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，這說明平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)．
（2）乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置．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的末端可看作與光滑的水平板相切，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)象應(yīng)是在水平木板上相碰．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上是勻速運(yùn)動(dòng)．
（3）上述實(shí)驗(yàn)得到軌跡如圖丙所示，在“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，有一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長(zhǎng)L=1.25cm．若小球在平拋運(yùn)動(dòng)過程中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度的計(jì)算式為v₀=$2\sqrt{gL}$（用L、g表示），其值為0.7（取g=9.8m/s²），小球在b點(diǎn)的速度為0.87．

Answer 1

分析 探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律中，實(shí)驗(yàn)（1）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，則說明平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)．實(shí)驗(yàn)（2）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，則說明平拋運(yùn)動(dòng)水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)．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)間可算出拋出的初速度，根據(jù)中間時(shí)刻速度等于平均速度求出b點(diǎn)豎直方向速度，再根據(jù)矢量合成原則求解b點(diǎn)速度．

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，則說明平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(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，則說明平拋運(yùn)動(dòng)水平方向總是勻速直線運(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)；
在豎直方向上，根據(jù)△y=L=gT²得，T=$\sqrt{\frac{L}{g}}$
小球的初速度大小${v}_{0}=\frac{x}{T}=\frac{2L}{T}=2L•\sqrt{\frac{g}{L}}$=$2\sqrt{gL}$
帶入數(shù)據(jù)得：${v}_{0}=\sqrt{4×0.0125×9.8}$=0.7m/s
小球在b點(diǎn)豎直方向速度${v}_{yb}=\frac{{x}_{ac}}{2T}=\frac{3L}{2T}=\frac{3L}{2}•\sqrt{\frac{g}{L}}=0.525m/s$，
則b點(diǎn)速度為${v}_{B}=\sqrt{{{v}_{0}}^{2}+{{v}_{yb}}^{2}}=0.87m/s$．
故答案為：（1）平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上是自由落體運(yùn)動(dòng)；（2）在水平木板上相碰； 平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上是勻速運(yùn)動(dòng)；（3）$2\sqrt{gL}$；0.7；0.87

點(diǎn)評(píng) 通過實(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．