Question

【题目】某科学兴趣小组要验证小球平抛运动的规律，实验设计方案如图甲所示，用轻质细线拴接一小球，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）。

（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=x，则小球做平抛运动的初速度为v0=_________。

（3）图乙是以竖直方格板为背景通过频闪照相得到的照片，每个格的边长L＝5cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图所示，则该频闪照相的周期为_______s，小球做平抛运动的初速度为_______m/s；过B点的速度为_______m/s。（g=10 m/s2）

（4）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x将随之改变，经多次实验，以x2为纵坐标、cos θ为横坐标，得到如图丙所示图象，则当θ=30°时，x为_________m。

Answer 1

【答案】 保证小球沿水平方向抛出 0.1 1.5 2.5 0.52或

【解析】（1）由于烧断细线前小球做圆周运动，故烧断方向沿圆周轨迹的切线方向，只有在悬点正下方时速度沿水平方向，要使小球做平抛运动，则应在悬线在悬点正下方烧断，抛出速度沿水平方向。
（2）小球做平抛运动，在水平方向上有： ，在竖直方向上有： ，联立解得；
（3）在竖直方向上，根据得， ，则小球平抛运动的初速度，B点的竖直分速度，根据平行四边形定则知，B点的速度。
（4）由图丙可知， ，当时，可得。