Question

5．三個同學根據不同的實驗條件，進行了“探究平拋運動規(guī)律”的實驗：
（1）甲同學采用如圖（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B球被松開，自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明平拋運動在豎直方向上是自由落體運動．
（2）乙同學采用如圖（2）所示的裝置．兩個相同的弧形軌道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同時分別從軌道M．N的下端射出．實驗可觀察到的現象應是在水平木板上相碰．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現象，這說明平拋運動在水平方向上是勻速運動．
（3）丙同學采用頻閃攝影的方法拍攝到如圖（3）所示的“小球做平拋運動”的照片．圖中每個小方格的邊長為10cm，則由圖可求得拍攝時每0.1s曝光一次，該小球運動到圖中位置2時速度大小為2.5m/s（g取10m/s²）．

Answer 1

分析 探究平拋運動的規(guī)律中，實驗（1）同時讓A球做平拋運動，B球做自由落體運動．若兩小球同時落地，則說明平拋運動豎直方向是自由落體運動．實驗（2）同時讓P球做平拋運動，Q球做勻速運動．若兩小球相碰，則說明平拋運動水平方向是勻速運動．
利用在相等的時間內位移之差是恒定的，結合重力加速度可求出它們間的時間．再利用水平方向的位移結合時間可算出拋出的初速度．根據某段時間內的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出位置2豎直分速度，結合平行四邊形定則求出位置2的速度．

解答 解：（1）在打擊金屬片時，兩小球同時做平拋運動與自由落體運動．結果同時落地，則說明平拋運動豎直方向是自由落體運動；
（2）讓兩小球從相同的弧形軌道上相同高度滾下，從而使兩小球同時滾離軌道并具有相同的速度．小球P做平拋運動，小球Q做勻速直線運動，當兩小球相遇時則說明小球平拋運動水平方向是勻速直線運動．當同時改變兩小球滾下的高度時，仍能相碰，則說明平拋運動水平方向總是勻速直線運動．
（3）在豎直方向上，根據△y=L=gT²得，T=$\sqrt{\frac{L}{g}}=\sqrt{\frac{0.1}{10}}s=0.1s$，小球平拋運動的初速度${v}_{0}=\frac{2L}{T}=\frac{0.2}{0.1}m/s=2m/s$，
位置2的豎直分速度${v}_{y}=\frac{3L}{2T}=\frac{0.3}{0.2}m/s=1.5m/s$，
根據平行四邊形定則知，位置2的速度v=$\sqrt{{{v}_{0}}^{2}+{{v}_{y}}^{2}}=\sqrt{4+2.25}m/s=2.5m/s$．
故答案為：：（1）平拋運動在豎直方向上是自由落體運動；（2）在水平木板上相碰； 平拋運動在水平方向上是勻速運動；（3）0.1，2.5．

點評 解決本題的關鍵知道平拋運動在水平方向和豎直方向上的運動規(guī)律，結合運動學公式和推論進行求解，難度中等．