某实验小组利用图(a)所示装置验证小球平抛运动的特点。实验…——2022 高考物理第 11 题答案解析

2022_省自主命题(福建)

2022 福建 第 11 题 解答题 区分题
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11. 某实验小组利用图(a)所示装置验证小球平抛运动的特点。实验时,先将斜槽固定在贴有复写纸和白纸的木板边缘,调节槽口水平并使木板竖直;把小球放在槽口处,用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点 O,建立 $x O y$ 坐标系.然后从斜槽上固定的位置释放小球,小球落到挡板上并在白纸上留下印迹.上下调节挡板进行多次实验.实验结束后,测量各印迹中心点 ${ \cal O } _ { 1 } \setminus \ { \cal O } _ { 2 } \setminus \ { \cal O } _ { 3 } \cdots$ 的坐标,并填入表格中,计算对应的 $x ^ { 2 }$ 值。

<table><tr><td></td><td> $O_{1}$ </td><td> $O_{2}$ </td><td> $O_{3}$ </td><td> $O_{4}$ </td><td> $O_{5}$ </td><td> $O_{6}$ </td></tr><tr><td> $y/\text{cm}$ </td><td>2.95</td><td>6.52</td><td>9.27</td><td>13.20</td><td>16.61</td><td>19.90</td></tr><tr><td> $x/\text{cm}$ </td><td>5.95</td><td>8.81</td><td>10.74</td><td>12.49</td><td>14.05</td><td>15.28</td></tr><tr><td> $x^{2}/\text{cm}^{2}$ </td><td>35.4</td><td>77.6</td><td>115.3</td><td>156.0</td><td>197.4</td><td>233.5</td></tr></table>


(a)


(b)

(1)根据上表数据,在图(b)给出的坐标纸上补上 $O _ { 4 }$ 数据点,并绘制“ $y - x ^ { 2 } \ ^ { , , }$ 图线

(2)由 $y - x ^ { 2 }$ 图线可知,小球下落的高度 $y ,$ ,与水平距离的平方 $x ^ { 2 }$ 成 (填“线性”或“非线性”)关系,由此判断小球下落的轨迹是抛物线。

(3)由 $y - x ^ { 2 }$ 图线求得斜率 k,小球平抛运动的初速度表达式为 $\nu _ { 0 } =$ (用斜率 k和重力加速度g表示)。

(4)该实验得到的 $y - x ^ { 2 }$ 图线常不经过原点,可能的原因是 。

参考答案

(1) 见解析; (2) 线性; (3) $\sqrt { \frac { g } { 2 k } }$; (4) 水平射出点未与O 点重合

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完整解析 · 逐步详解

【答案】 ①. 见解析 ②. 线性 ③. $\sqrt { \frac { g } { 2 k } }$ ④. 水平射出点未与O 点重合

【解析】

【详解】(1)[1]根据上表数据 坐标纸上描出在 $O _ { 4 }$ 数据点,并绘制“ $y - x ^ { 2 }$ ”图线如图所示

(2)[2]由 $y - x ^ { 2 }$ 图线为一条倾斜的直线可知,小球下落的高度y,与水平距离的平方 $x ^ { 2 }$ 成线性关系。

(3)[3]根据平抛运动规律可得

$$ \begin{array}{c} x = v _ {0} t \\ y = \frac {1}{2} g t ^ {2} \end{array} $$

联立可得

$$ y = \frac {1}{2} g (\frac {x}{v _ {0}}) ^ {2} = \frac {g}{2 v _ {0} ^ {2}} x ^ {2} $$

可知 $y - x ^ { 2 }$ 图像的斜率为

$$ k = \frac {g}{2 v _ {0} ^ {2}} $$

解得小球平抛运动的初速度为

$$ v _ {0} = \sqrt {\frac {g}{2 k}} $$

(4)[4] $y - x ^ { 2 }$ 图线是一条直线,但常不经过原点,说明实验中测量的y值偏大或偏小一个定值,这是小球的水平射出点未与O 点重合,位于坐标原点O 上方或下方所造成的。

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