利用单摆验证小球平抛运动规律,设计方案如图(a)所示,在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板,已知悬线长为L,悬点到木

◎ 题目

利用单摆验证小球平抛运动规律,设计方案如图(a)所示,在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P,当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断;MN为水平木板,已知悬线长为L,悬点到木板的距离OO′=h(h>L).

魔方格

(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是:______.
(2)将小球向左拉起后自由释放,最后小球落到木板上的C点,O′C=s,则小球做平抛运动的初速度为v0=______.
(3)在其他条件不变的情况下,若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角θ,小球落点与O′点的水平距离s将随之改变,经多次实验,以s2为纵坐标、cosθ为横坐标,得到如图(b)所示图象.则当θ=30?时,s为______m;若悬线长L=1.0m,悬点到木板间的距离OO′为______m.

◎ 答案

(1)由于在烧断细线前小球做圆周运动,故速度方向沿切线方向,所以只有在悬点正下方物体的速度沿水平方向,要小球做平抛运动,则小球平抛的初速度只能沿水平方向,故只有保证小球沿水平方向抛出才能保证物体做平抛运动.(2)由于小球做平抛运动故有在水平方向有s=vt
在竖直方向有h-L=
1
2
gt2
…①
故有v=s

g
2(h-L)
;  
(3)变释放小球时悬线与竖直方向的夹角θ时,小球平抛的速度v,则有mg(L-Lcosθ)=
1
2
mv2…②
则物体在水平方向的位移s=vt…③
联立①②③可得
s2=4(h-L)L(1-cosθ)
显然当cosθ=0时,即有2=4(h-L)L(1-cosθ)
当θ=30°时,cosθ=

3
2
,s2=4(h-L)L(1-

3
2

故有
2
s2
=
1
1-

3
2
=
2
2-

3

故s=
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