Question

3．如图所示，是某兴趣小组研究平抛运动的实验装置，两个相同的弧形轨道CN、DM，分别用于发射小铁球P、Q，其中CN的末端水平，DM的末端与光滑水平板ME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；将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，同时切断电源，使两球分别从轨道CN、DM的下端射出，用频闪照相仪拍到了Q球在光滑水平板上运动过程的四个位置，同时也拍摄到P球下落过程中四个对应时刻的位置（中间的一个位置图中未标出），背景的方格纸每小格的边长为5cm，试问：
（1）P小铁球在E点正好砸到Q球上，这说明平抛运动水平方向总是匀速直线运动；
（2）请画出P球未标出的那个位置；
（3）频闪照相仪拍摄照片的时间间隔△t=0.1s（g=10m/s）
（4）两球水平初速度v₀=1.5m/s．

Answer 1

分析 探究平抛运动的规律中，实验同时让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．
根据水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动即可确定小球具体的位置；
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的初速度．

解答 解：（1）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．
（2）由上分析可知，小球P水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，且在相等时间内的位移之差相等，同时两分运动的时间相等，
那么P球的位置如图所示：

（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=$\sqrt{\frac{2×0.05}{10}}$=0.1s
水平方向：由x=v₀t得：
   v₀=$\frac{3L}{t}$=$\frac{3×0.05}{0.1}$=1.5m/s
故答案为：（1）平抛运动在水平方向上是匀速运动；（2）如上图所示；（3）0.1；（4）1.5．

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．