Question

18．三个同学根据不同的实验条件，进行“探究平抛运动规律”的实验：

（1）甲同学采用如图（1）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是自由落体运动．
（2）乙同学采用如图（2）所示的装置．两个相同的可忽略摩擦的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球 P、Q，其中M、N的末端均与水平面相切；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．实验可观察到的现象应是P球落地时刚好和Q球相遇．保持A、C高度及其它条件不变，仅改变弧形轨道M的弯曲程度，（如图虚线所示）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是匀速运动．
（3）丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图3所示的“小球做平抛运动”的照片．图中每个小方格的边长为1.25cm，由图可求得该小球平抛运动初速度大小为0.71m/s（结果保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）探究平抛运动的规律中，实验甲同时让A球做平抛运动，B球做自由落体运动．若两小球同时落地，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动．
（2）实验乙同时让P球做平抛运动，Q球做匀速运动．若两小球相碰，则说明平抛运动水平方向是匀速运动．
（3）用频闪照相仪得到的图片，它们间的时间是相等，但1的位置并不一定是抛出点．所以处理时1位置的竖直方向有初速度．因此利用在相等的时间内位移之差是恒定的，结合重力加速度可求出它们间的时间．再利用水平方向的位移结合时间可算出抛出速度．

解答 解：（1）在打击金属片时，两小球同时做平抛运动与自由落体运动．结果同时落地，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动．
故答案为：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动．
（2）让两小球从相同的弧形轨道上相同高度滚下，从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度．小球P做平抛运动，小球Q做匀速直线运动，当两小球相遇时则说明小球平抛运动水平方向是匀速直线运动．当同时改变两小球滚下的高度时，仍能相碰，则说明平抛运动水平方向总是匀速直线运动．
故答案为：P球落地时刚好和Q球相遇，平抛运动的水平分运动是匀速直线运动．
（3）平抛运动可看成竖直方向自由落体运动与水平方向匀速直线运动；
在竖直方向：由△h=gt²可得：t=$\sqrt{\frac{L}{g}}$=$\sqrt{\frac{0.0125}{10}}$=0.035s
水平方向：由x=v₀t得：
v₀=$\frac{2L}{t}$=$\frac{2×0.0125}{0.035}$=0.71m/s
故答案为：（1）平抛运动在竖直方向上是自由落体运动；
（2）P球落地时刚好和Q球相遇，平抛运动在水平方向上是匀速运动；
（3）0.71．

点评 通过实验探究出平抛运动处理的规律，并掌握了运动的合成与分解，同时运用运动学公式解题，难度适中