張宏明

以一定的初速度將物體沿水平方向拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力的作用，做平拋運(yùn)動(dòng)。探究平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方案根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牟煌笾驴梢苑譃橐韵氯悺?/p>

類型一：通過實(shí)驗(yàn)研究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解將平拋運(yùn)動(dòng)分解到水平方向和豎直方向上，要驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)，可以利用從同一高度自由下落的不同物體下落至同一高度所用的時(shí)間相等這一特點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

例1 某同學(xué)采用如圖1所示的裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。小球A沿圓弧軌道滑下，離開軌道末端時(shí)撞開接觸開關(guān)S，被電磁鐵吸住的小球B同時(shí)自由下落，改變整個(gè)裝置距離地面的豎直高度H，多次實(shí)驗(yàn)。回答以下問題：

（1）要保證小球A離開軌道末端后做平拋運(yùn)動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置反復(fù)調(diào)節(jié)，直到_____ 。

（2）觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是從同一高度開始運(yùn)動(dòng)的A、B兩小球總是同時(shí)落地，說明

解析 （1）要保證小球A離開軌道末端后做平拋運(yùn)動(dòng)，則小球A離開軌道末端時(shí)的速度應(yīng)沿水平方向，因此在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置，使軌道末端切線水平。

（2）從同一高度開始運(yùn)動(dòng)的A、B兩小球總是同時(shí)落地，說明小球A離開軌道后沿豎直方向的分運(yùn)動(dòng)與小球B的運(yùn)動(dòng)情況相同，都是自由落體運(yùn)動(dòng)。

答案：（1）軌道末端切線水平 （2）小球A離開軌道后沿豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)

拓展：教材中給出的驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合所學(xué)選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材也來設(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證做平拋運(yùn)動(dòng)物體的豎直分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)吧！

類型二：通過實(shí)驗(yàn)研究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

要驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)，可以采用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究做平拋運(yùn)動(dòng)物體的水平射程與初速度、下落高度等的關(guān)系。

例2 某同學(xué)采用如圖3所示的裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。兩個(gè)相同的弧形軌道左側(cè)固定在支架上，末端水平，位于同一豎直平面內(nèi)，上方軌道末端與支架上方水平部分右端平齊，支架下方水平部分光滑且足夠長，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運(yùn)動(dòng)到兩軌道末端時(shí)的水平速度vo相等。現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，某時(shí)刻切斷電源，使兩小球同時(shí)從兩軌道末端射出?；卮鹨韵聠栴}：

（1）實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象是 。

（2）僅改變上方軌道距離支架下方水平部分的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明______ 。

（3）為了探究影響平拋運(yùn)動(dòng)水平射程的因素，撤掉下方軌道，通過改變小鐵球P拋出點(diǎn)距離支架下方水平部分的高度和平拋初速度的方法做了6次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1所示。若探究小球P水平射程與高度的關(guān)系，則可用表中序號(hào)為____的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);若探究小球P水平射程與初速度的關(guān)系，則可用表中序號(hào)為____ 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

解析 （1）小鐵球P離開軌道后以初速度vo做平拋運(yùn)動(dòng)，小鐵球Q離開軌道后以初速度vo做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可以觀察到的現(xiàn)象是小鐵球P、Q相撞。

（2）僅改變上方軌道距離支架下方水平部分的高度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到小鐵球P、Q相撞，說明兩小球在相同的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的水平分位移始終相同，即做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

（3）根據(jù)控制變量法可知，若探究小鐵球P水平射程與高度的關(guān)系，則需保持小鐵球P拋出時(shí)的速度不變，通過改變小鐵球P拋出點(diǎn)的高度完成實(shí)驗(yàn)，即可用表中序號(hào)為1、3、5的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);若探究小鐵球P水平射程與初速度的關(guān)系，則需保持小鐵球P拋出點(diǎn)的高度不變，通過改變小鐵球P拋出時(shí)的速度完成實(shí)驗(yàn)，即可用表中序號(hào)為1、2（或3、4，或5、6）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

答案：（1）小球P、Q相撞（2）做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)（3）1、3、5 1、2（或3、4，或5、6）

類型三：利用實(shí)驗(yàn)得出的運(yùn)動(dòng)軌跡研究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

通過實(shí)驗(yàn)描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡（一條拋物線），測出相關(guān)物理量，經(jīng)過定性分析和定量計(jì)算可以利用數(shù)學(xué)知識(shí)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。

例3如圖4甲所示是“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。

（1）每次讓小球從斜槽上同一位置由靜止釋放，通過多次實(shí)驗(yàn)描繪小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，并測量相關(guān)物理量，如圖4乙所示，其中o為拋出點(diǎn)，則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為___ m/s。（g取9.8 m/s2）

（2）若將斜槽末端與一角度可調(diào)節(jié)的斜面相接，如圖5甲所示。每次讓小球從斜槽上同一位置由靜止釋放，通過改變斜面與水平地面間的夾角θ，獲得不同的射程x，作出x- tanθ如圖5乙所示，則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0=____。（g取10m/S2）

答案：（1）1.6 m/s（2）1 m/s

拓展：用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是教材中的“拓展學(xué)習(xí)”的內(nèi)容。同學(xué)們需要了解和掌握借助傳感器和計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)的工作原理，并能夠利用其工作原理自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。