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例题 某同学用频闪照相法 “研究平抛运动”的实验,根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹,但不慎将画有轨迹图线的坐标丢失了一部分,剩余部分如图1所示,图1中水平方向与竖直方向每小格的长度均代表5 cm,A、B和C是轨迹图线上依次经过的3个点,如果取g=10 m/s2,那么:
(1)闪光频率是Hz.
(2)小球运动中水平分速度的大小是m/s.
(3)小球经过B点时的速度大小是m/s.
(4)若取A为坐标原点,水平向右为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,建立直角坐标系,求小球做平抛运动的初位置坐标.
分析 (1)如图2所示,由于AB、BC水平位移相等,则小球从A点运动到B点和从B点运动到C点时间相等,设该时间为T,由于小球在竖直方向做加速度恒为g的匀加速直线运动,由公式Δy=gT2可得y2-y1=gT2,化简可求得
T=y2-y1g=0.25-0.1510 s=0.10 s,
所以闪光频率 f=1T=10 Hz. (2)AB水平方向匀速直线运动,由公式x=v0T,可求出
v0=xT=0.150.10 m/s=1.5 m/s.
(3)由匀变速直线运动规律:一段时间内的平均速度等于這段时间中间时刻的瞬时速度.所以物体经过B点时的竖直速度等于AC竖直方向的平均速度.
vBy=y1 y22T=0.15 0.252×0.10 m/s=2.0 m/s,
所以B点速度大小
vB=v20 v2By=2.5 m/s.
(4)设抛出点为P点,从P点运动到B点所用时间为t,则
t=vByg=2.010 s=0.20 s,
则从P点运动到A点所用时间t0为
t0=t-T=0.10 s.
在t0时间内小球水平位移的大小
x0=v0t0=1.5×0.10 m=15 cm,
竖直位移的大小
y0=12gt2=12×10×(0.10)2 m=5 cm.
所以小球做平抛运动的初位置坐标为(-15 cm,-5 cm).
点评 本题用频闪照相法 “研究平抛运动”,考查了分运动的独立性和等时性,也考查了匀变速直线运动的中间时刻,逐差法等知识,同时直角坐标系的相关数学知识也融入该题.该题是复习掌握平抛运动实验初位置未知的一道好题.
练习 某同学通过实验对平抛运动进行研究,他在竖直墙上记录了抛物线轨迹的一部分,如图3所示.O点不是抛出点,x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向.由图中所给的数据可求出平抛物体的初速度是m/s,抛出点的位置坐标x=m,y=m (g取10 m/s2)
(参考答案:2 m/s, x=-0.4 m,y=-0.2 m.)
(1)闪光频率是Hz.
(2)小球运动中水平分速度的大小是m/s.
(3)小球经过B点时的速度大小是m/s.
(4)若取A为坐标原点,水平向右为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,建立直角坐标系,求小球做平抛运动的初位置坐标.
分析 (1)如图2所示,由于AB、BC水平位移相等,则小球从A点运动到B点和从B点运动到C点时间相等,设该时间为T,由于小球在竖直方向做加速度恒为g的匀加速直线运动,由公式Δy=gT2可得y2-y1=gT2,化简可求得
T=y2-y1g=0.25-0.1510 s=0.10 s,
所以闪光频率 f=1T=10 Hz. (2)AB水平方向匀速直线运动,由公式x=v0T,可求出
v0=xT=0.150.10 m/s=1.5 m/s.
(3)由匀变速直线运动规律:一段时间内的平均速度等于這段时间中间时刻的瞬时速度.所以物体经过B点时的竖直速度等于AC竖直方向的平均速度.
vBy=y1 y22T=0.15 0.252×0.10 m/s=2.0 m/s,
所以B点速度大小
vB=v20 v2By=2.5 m/s.
(4)设抛出点为P点,从P点运动到B点所用时间为t,则
t=vByg=2.010 s=0.20 s,
则从P点运动到A点所用时间t0为
t0=t-T=0.10 s.
在t0时间内小球水平位移的大小
x0=v0t0=1.5×0.10 m=15 cm,
竖直位移的大小
y0=12gt2=12×10×(0.10)2 m=5 cm.
所以小球做平抛运动的初位置坐标为(-15 cm,-5 cm).
点评 本题用频闪照相法 “研究平抛运动”,考查了分运动的独立性和等时性,也考查了匀变速直线运动的中间时刻,逐差法等知识,同时直角坐标系的相关数学知识也融入该题.该题是复习掌握平抛运动实验初位置未知的一道好题.
练习 某同学通过实验对平抛运动进行研究,他在竖直墙上记录了抛物线轨迹的一部分,如图3所示.O点不是抛出点,x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向.由图中所给的数据可求出平抛物体的初速度是m/s,抛出点的位置坐标x=m,y=m (g取10 m/s2)
(参考答案:2 m/s, x=-0.4 m,y=-0.2 m.)