5.有甲、乙、丙三個同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件,進(jìn)行了“探究平拋運(yùn)動規(guī)律”的實(shí)驗(yàn):

(1)甲同學(xué)采用如圖(1)所示的裝置.用小錘打擊彈性金屬片,金屬片把A球沿水平方向彈出,同時B球被松開,自由下落,觀察到兩球同時落地,改變小錘打擊的力度,即改變A球被彈出時的速度,兩球仍然同時落地,這說明平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動.
(2)乙同學(xué)采用如圖(2)所示的裝置.兩個相同的弧形軌道M、N,分別用于發(fā)射小鐵球P、Q,其中N的末端與可看作光滑的水平板相切;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在軌道出口處的水平初速度v0相等,現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上,然后切斷電源,使兩小鐵球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的下端射出.實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是PQ兩球?qū)⑾嗯,.僅僅改變弧形軌道M距與軌道N相切的水平板的高度,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),仍能觀察到相同的現(xiàn)象,這說明平拋運(yùn)動的水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動.
(3)丙同學(xué)采用頻閃照相法.圖(3)為小球做平拋運(yùn)動時所拍攝的閃光照片的一部分,圖中小方格的邊長為5cm,已知閃光頻率是10Hz,那么小球的初速度大小為1.5m/s,小球在位置B時的瞬時速度大小為2.5m/s,由A到C小球速度變化量的大小為2m/s,方向豎直向下.若以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),水平向右為x軸正方向,豎直向下為y軸正方向建立平面直角坐標(biāo)系,則小球初始位置的坐標(biāo)為(-15cm,-5cm).(g=10m/s2

分析 (1)探究平拋運(yùn)動的規(guī)律中,實(shí)驗(yàn)甲同時讓A球做平拋運(yùn)動,B球做自由落體運(yùn)動.若兩小球同時落地,則說明平拋運(yùn)動豎直方向是自由落體運(yùn)動.
(2)實(shí)驗(yàn)乙同時讓P球做平拋運(yùn)動,Q球做勻速運(yùn)動.若兩小球相碰,則說明平拋運(yùn)動水平方向是勻速運(yùn)動.
(3)用頻閃照相儀得到的圖片,它們間的時間是相等,但1的位置并不一定是拋出點(diǎn).所以處理時1位置的豎直方向有初速度.因此利用在相等的時間內(nèi)位移之差是恒定的,結(jié)合重力加速度可求出它們間的時間.再利用水平方向的位移結(jié)合時間可算出拋出速度.根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于此段位移的平均速度,可得小球到達(dá)b點(diǎn)的速度,于是可得小球從拋出到b的時間,結(jié)合自由落體規(guī)律和水平方向的規(guī)律可得拋出點(diǎn)的坐標(biāo).

解答 解:(1)在打擊金屬片時,兩小球同時做平拋運(yùn)動與自由落體運(yùn)動.結(jié)果同時落地,則說明平拋運(yùn)動豎直方向是自由落體運(yùn)動.
(2)讓兩小球從相同的弧形軌道上相同高度滾下,從而使兩小球同時滾離軌道并具有相同的速度.小球P做平拋運(yùn)動,小球Q做勻速直線運(yùn)動,當(dāng)兩小球相遇時則說明小球平拋運(yùn)動水平方向是勻速直線運(yùn)動.當(dāng)同時改變兩小球滾下的高度時,仍能相碰,則說明平拋運(yùn)動水平方向總是勻速直線運(yùn)動.
(3)平拋運(yùn)動可看成豎直方向自由落體運(yùn)動與水平方向勻速直線運(yùn)動;
在豎直方向上,根據(jù)△y=2L=gT2得,T=$\sqrt{\frac{2L}{g}}$=$\sqrt{\frac{2×0.05}{10}}$s=0.1s,
平拋運(yùn)動的初速度v0=$\frac{3L}{T}$=$\frac{3×0.05}{0.1}$m/s=1.5m/s.
那么B點(diǎn)在豎直方向速度大小,vBy=$\frac{{h}_{AC}}{2T}$=$\frac{8×0.05}{2×0.1}$=2m/s
因此B點(diǎn)的速度大小為vB=$\sqrt{{v}_{0}^{2}+{v}_{By}^{2}}$=$\sqrt{1.{5}^{2}+{2}^{2}}$=2.5m/s;
由A到C小球速度變化量的大小△v=g•2t=10×2×0.1=2m/s,方向豎直向下;
故從拋出點(diǎn)到B點(diǎn)的水平位移為:x=v0t=1.5×0.2=0.3m=30cm;
故從拋出點(diǎn)到B點(diǎn)的豎直位移為:y=$\frac{1}{2}$gt2=$\frac{1}{2}$×10×0.22=0.2m=20cm;
因AB的水平位移為x′=15cm,而豎直位移為y′=15cm;
所以,拋出點(diǎn)坐標(biāo)為:(-15cm,-5cm)
故答案為:(1)平拋運(yùn)動的豎直分運(yùn)動是自由落體運(yùn)動;           
(2)PQ兩球?qū)⑾嗯,平拋運(yùn)動的水平分運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動;        
(3)1.5,2.5,2,豎直向下,-15、-5.

點(diǎn)評 通過實(shí)驗(yàn)探究出平拋運(yùn)動處理的規(guī)律,并掌握了運(yùn)動的合成與分解,同時運(yùn)用運(yùn)動學(xué)公式解題,注意A不是拋出點(diǎn),是解題的關(guān)鍵.

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