高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点当堂检测题

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1.(多选)在做研究平抛运动的实验时,某同学利用实验探究平抛运动在水平方向的运动规律。下列说法正确的是( )
A.斜槽轨道必须光滑
B.斜槽轨道末端必须水平
C.每次必须由静止释放小球
D.每次小球释放的位置必须相同
答案:BCD
解析:该实验要求小球每次抛出的初速度要相同而且水平,因此要求小球从同一位置静止释放,至于斜槽轨道是否光滑没有要求,A错误,C、D正确。实验中必须保证小球做平抛运动,而平抛运动要求小球初速度水平且只受重力作用,所以斜槽轨道末端必须要水平,B正确。
2.在研究平抛运动的实验中,为了求平抛物体的初速度,需直接测的数据有( )
①小球开始滚下的高度
②小球从开始滚下到静止所用的时间
③运动轨迹上某点P的水平坐标
④运动轨迹上某点P的竖直坐标
A.①②
B.②④
C.③④
D.①④
答案:C
解析:由平抛运动规律,竖直方向y=12gt2,水平方向x=v0t,因此v0=xg2y,可见测得轨迹上某点P的水平坐标x和竖直坐标y,或测得轨迹上某点P的水平坐标x和小球平抛到P点所用的时间t,就可求出初速度v0,故C项正确。
3.某同学用如图所示的装置研究平抛运动及其特点。他的实验操作是:在小球A、B处于同一高度时,用小锤轻击弹性金属片,使A球水平飞出,同时B球被松开。
(1)他观察到的现象是:小球A、B (选填“同时”或“不同时”)落地。
(2)让A、B球恢复初始状态,用较大的力敲击弹性金属片,A球在空中运动的时间 (选填“变长”“不变”或“变短”)。
答案:(1)同时 (2)不变
解析:(1)小锤轻击弹性金属片时,A球做平抛运动,同时B球做自由落体运动。通过实验可以观察到它们同时落地。(2)用较大的力敲击弹性金属片,则A球被抛出的初速度变大,但竖直方向分运动不受影响,因此运动时间不变,但是水平位移会变长。
4.(1)在做研究平抛运动的实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的有 。
A.游标卡尺B.停表
C.坐标纸D.天平
E.弹簧测力计F.铅垂线
(2)实验中,下列说法正确的是 。
A.应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下
B.斜槽轨道必须光滑
C.要使描出的轨迹更好地反映真实运动,记录的点应适当多一些
D.斜槽轨道末端可以不水平
(3)引起实验结果偏差较大的原因可能是 。
A.安装斜槽时,斜槽末端切线方向不水平
B.确定y轴时,没有用铅垂线
C.斜槽不是绝对光滑的,有一定摩擦
D.空气阻力对小球运动有较大影响
答案:(1)CF (2)AC (3)ABD
解析:此题综合考查了实验器材、实验步骤及分析实验误差的能力。
(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置,描绘小球的运动轨迹;需要利用铅垂线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。
(2)使小球从斜槽上同一位置由静止滑下,才能保证每次的轨迹相同,A正确。斜槽没必要光滑,只要能使小球飞出的初速度相同即可,B错误。实验中记录的点越多,轨迹越精确,C正确。斜槽末端必须水平,才能保证小球离开斜槽后做平抛运动,D错误。
(3)小球从斜槽末端飞出时,斜槽末端切线不水平,y轴方向不沿竖直方向和空气阻力,都会影响小球的运动轨迹或计数点的坐标值,从而引起较大的实验误差。而斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小,不会影响实验结果,故A、B、D正确。
能力提升
1.某同学用图甲装置及频闪照相的方法研究A、B两球的运动。用小锤轻击弹性金属片,A球向右水平飞出,同时B球被松开,竖直向下运动。图乙是小球A运动过程中用频闪相机拍下的四个连续的不同位置的照片,并取A点为坐标原点建立直角坐标系,已知背景方格纸每小格的边长为2.5 cm,g取10 m/s2。请完成下列填空。
甲
乙
(1)小球A在竖直方向做 运动,频闪照相相邻闪光的时间间隔为 。
(2)小球A水平抛出的初速度为 ,抛出点的坐标为 。(保留两位有效数字)
答案:(1)自由落体 0.05 s
(2)1.5 m/s (-3.8 cm,-0.31 cm)
解析:(1)由题图甲知,小球A在竖直方向初速度为零,且只受重力作用,所以小球A在竖直方向做自由落体运动。由Δs=g(Δt)2可得频闪照相相邻闪光的时间间隔Δt=0.05 s。(2)由x0=v0Δt得小球A水平抛出的初速度v0=1.5 m/s。小球在B点时竖直方向的速度为vBy=vAC=0.75 m/s,由vBy=gt得t=0.075 s,所以抛出点的横坐标为x=xB-v0t=-3.75 cm=-3.8 cm,纵坐标为y=yB-12gt2=-0.31 cm,即抛出点坐标为(-3.8 cm,-0.31 cm)。
2.图甲是研究平抛物体运动的实验装置,通过描点画出平抛小球的运动轨迹。
甲
乙
(1)以下实验过程中的一些做法合理的有 。
A.安装斜槽轨道,使其末端保持水平
B.每次小球释放的初始位置可以任意选择
C.每次小球应从同一高度由静止释放
D.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连接
(2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨迹上取一些点,以平抛起点O为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,下列各图像能说明平抛小球的运动轨迹为抛物线的是 。
(3)图乙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O为平抛起点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm,y2为45.0 cm,A、B两点水平距离Δx为40.0 cm,则平抛小球的初速度v0为 m/s。若C点的竖直坐标y3为60.0 cm,则小球在C点的速度为vC= m/s。(结果保留两位有效数字,g取10 m/s2)
答案:(1)AC (2)C (3)2.0 4.0
解析:(1)通过调节使斜槽末端保持水平,是为了保证小球做平抛运动,故A正确。因为要画同一运动的轨迹,每次释放小球的位置必须相同,且由静止释放,以保证获得相同的初速度,故B错误,C正确。用描点法描绘平抛运动轨迹时,应将各点连成平滑的曲线,不能连成折线或者直线,故D错误。
(2)物体在竖直方向做自由落体运动,y=12gt2;水平方向做匀速直线运动,x=vt;联立可得y=gx22v2,因初速度相同,所以g2v2为常数,故y和x2应为正比例关系,故C正确。
(3)根据平抛运动的处理方法,小球竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速直线运动,所以y1=12gt12,y2=12gt22,水平方向的速度,即平抛小球的初速度为v0=ΔxΔt,联立代入数据解得v0=2.0 m/s。若C点的竖直坐标y3为60.0 cm,则根据公式vCy2=2gh, 得vCy=23 m/s,所以C点的速度为vC=v02+vCy2=4.0 m/s。
3.某同学在做研究平抛运动的实验时,让小球多次从斜槽上滚下,在坐标纸上依次记下小球的位置如图所示,坐标原点为小球的抛出点,g取10 m/s2。
(1)在图中描出小球的运动轨迹。
(2)从图中可看出,某一点的位置有明显的错误,其产生的原因可能是该次实验中,小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次偏 (选填“高”或“低”)。
(3)某同学从图像中测得的三组数据如下表所示,则此小球做平抛运动的初速度v0= m/s。
答案:(1)见解析 (2)低 (3)1.0
解析:(1)如图所示。
(2)从轨迹上可以看出,第四个点偏离轨迹,与轨迹上同一高度的点比较,在下落相同高度时,水平位移偏小,说明平抛运动的初速度偏小,即小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次偏低。
(3)根据x=v0t,y=12gt2可得v0=xg2y,代入其中一组数据可得v0=1.0 m/s。x/cm
10.00
20.00
30.00
y/cm
5.00
20.00
45.00