平均速度vy=的灵活应用。
【例3】 (实验创新设计)为了探究平抛运动的物体在竖直方向的运动规律,某同学设计了下面一个实验:如图所示,OD为一竖直木板,小球从斜槽上挡板处由静止开始运动,离开O点后做平抛运动,右侧用一束平行光照射小球的运动,小球在运动过程中,便在木板上留下影子。如图是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置以及在木板上留下的影子的位置,如图中A、B、C、D等点。现测得各点到O点的距离分别为5.0 cm、19.8 cm、44.0 cm、78.6 cm。试根据影子的运动讨论物体在竖直方向上的运动情况。(已知照相机的闪光频率为10 Hz)。
点拨:小球运动过程中在木板上留下的影子反映了小球在竖直方向的运动情况。根据在竖直方向相等时间里影子的位移,结合运动学规律进行分析。
解析:照相机的闪光周期T=0.1 s。
影子在连续闪光时间内的位移分别为s1=5 cm、s2=14.8 cm、s3=24.2 cm、s4=34.6 cm。根据逐差法可求得影子运动的加速度。s3-s1=2a1T2
s4-s2=2a2T2 所以a==≈9.8 m/s2。
加速度等于重力加速度,可见,小球在竖直方向的运动为自由落体运动。
题后反思 本题的巧妙之处打破了常规的探究方法,利用影子的运动反映小球在某一方向上的运动情况,分析出了影子的运动规律,即可得知平抛运动物体在竖直方向的运动规律。
触类旁通 如果将平行光改为竖直方向,小球在运动过程中会在地面上留下影子。如图所示,用照相机测得的影子的位置如图中的a、b、c、d、e等点。现测得各点到a点之间的距离分别为19.6 cm、39.8 cm、60.2 cm、79.6 cm,试根据影子的运动讨论物体在水平方向上的运动情况。
提示:小球在地面上留下的影子的运动情况反映了物体在水平方向的运动情况。各点到a点之间的距离即为物体在水平方向上的位移,可以作出位移图象判断物体在水平方向的运动情况。如图所示。