Question

4．某同學(xué)進(jìn)行了探究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗，其實(shí)驗過程如下：

（1）該同學(xué)首先采用如圖甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，A球沿水平方向彈出，同時B球被釋放自由下落，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．這一現(xiàn)象說明：平拋運(yùn)動的小球在豎直方向上的運(yùn)動為自由落體運(yùn)動．
（2）該同學(xué)在做“研究平拋物體的運(yùn)動”實(shí)驗中：
①除了木板、小球、斜槽、重錘線、圖釘、鉛筆之外，下列器材中還需要的是B

A．秒表

B．坐標(biāo)紙

C．天平

D．彈簧秤

②圖乙是該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗畫出的平拋小球運(yùn)動軌跡的一部分．x軸沿水平方向，y軸沿豎直方向，o、b、c是軌跡上的三點(diǎn)，0（0，0），b（20cm，25cm），c（40cm，60cm），則平拋小球的初速度為2m/s，物體過b點(diǎn)時的速度為$\sqrt{13}$m/s．（g=10m/s²）

Answer 1

分析 （1）在探究平拋運(yùn)動的過程，在上圖中，改變小球距地面的高度和打擊力度，都是同時落地，說明小球A在豎直方向上的運(yùn)動為自由落體運(yùn)動．
（2）①在實(shí)驗中要畫出平拋運(yùn)動軌跡，必須確保小球做的是平拋運(yùn)動．所以斜槽軌道末端一定要水平，同時斜槽軌道要在豎直面內(nèi)．要畫出軌跡，必須讓小球在同一位置多次釋放，才能在坐標(biāo)紙上找到一些點(diǎn)．然后將這些點(diǎn)平滑連接起來，就能描繪出平拋運(yùn)動軌跡．根據(jù)實(shí)驗的原理，確定實(shí)驗的器材．
②平拋運(yùn)動在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，在豎直方向上做自由落體運(yùn)動，根據(jù)豎直方向相等時間內(nèi)的位移之差是一恒量求出相等的時間間隔，結(jié)合水平位移和時間間隔求出初速度．
根據(jù)豎直方向上某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度，得出b點(diǎn)豎直方向上的分速度，結(jié)合平行四邊形定則求出小球經(jīng)過b點(diǎn)時的瞬時速度．

解答 解：（1）由于兩球同時運(yùn)動，A球做平拋運(yùn)動，B球自由落體運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)每次兩球都同時落地，由于兩球同時落地，因此說明A、B在豎直方向運(yùn)動規(guī)律是相同的，故根據(jù)實(shí)驗結(jié)果可知，平拋運(yùn)動在豎直方向的分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動．
（2）①在做“研究平拋物體的運(yùn)動”實(shí)驗時，木板、小球、斜槽、重錘線、圖釘、鉛筆之外，下列器材中還需要坐標(biāo)紙，確保小球水平與豎直方向的運(yùn)動間距，故B正確，ACD錯誤．
②根據(jù)y_bc-y_ob=gT²得：T=$\sqrt{\frac{{y}_{bc}-{y}_{ob}}{g}}$=$\sqrt{\frac{0.35-0.25}{10}}$s=0.1s
則平拋運(yùn)動的初速度為：v₀=$\frac{x}{T}$=$\frac{0.2}{0.1}$m/s=2m/s．
小球在b點(diǎn)豎直方向上的分速度為：v_yb=$\frac{{y}_{oc}}{2T}$=$\frac{0.6}{0.2}$m/s=3m/s．
則b點(diǎn)的瞬時速度為：v_b=$\sqrt{{v}_{0}^{2}+{v}_{yb}^{2}}$=$\sqrt{{2}^{2}+{3}^{2}}$m/s=$\sqrt{13}$m/s．
故答案為：（1）在豎直方向上的運(yùn)動為自由落體運(yùn)動；（2）①B；②2，$\sqrt{13}$．

點(diǎn)評 本題屬于簡單基礎(chǔ)題目，實(shí)驗雖然簡單，但是很直觀的驗證了平拋運(yùn)動在豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律．
解決本題的關(guān)鍵知道平拋運(yùn)動在水平方向和豎直方向上的運(yùn)動規(guī)律，結(jié)合運(yùn)動學(xué)公式靈活求解．