2025年高考物理二轮复习第四章　曲线运动　万有引力与宇宙航行 实验五　探究平抛运动的特点课件+讲义（教师+学生）+跟踪练习

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例1 用如图1甲所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
(1)下列实验条件必须满足的有________。A.斜槽轨道光滑B.斜槽轨道末端水平C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
解析　斜槽不需要光滑，只要保持末端水平即可，故A错误，故B正确；将高度等间距变化只是为了简化计算，不是必须要满足的要求，故C错误；每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球是为了保证平抛运动每次都有相同的初速度，故D正确。答案　BD　
(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。①取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的________(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时________(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。
解析　①根据题意可知，钢球球心对应原点，研究竖直方向运动规律时y轴与重垂线方向平行；
(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是______。A.从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
解析　用水平喷管喷出细水柱，并拍摄照片，可得水柱的轨迹是平抛的轨迹，故A正确；频闪照相后再将点连接可以得到平抛轨迹，故B正确；将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，以一定初速度水平抛出，笔尖与白纸板间有摩擦阻力，所以铅笔做的不是平抛运动，故C错误。答案　AB
1.(2023·6月浙江选考，16)在“探究平抛运动的特点”实验中①用图2装置进行探究，下列说法正确的是________。A.只能探究平抛运动水平分运动的特点B.需改变小锤击打的力度，多次重复实验C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点②用图3装置进行实验，下列说法正确的是______。A.斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动C.小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
答案　①B　②C　③D解析　①用图2装置可以探究平抛运动竖直方向做自由落体运动的特点，需要改变小锤击打的力度，多次重复实验，B正确，A、C错误。②用图3装置进行实验，斜槽轨道M没必要光滑，但末端必须水平，A错误；上下调节挡板N时，不需要等间距移动，B错误；小钢球必须从斜槽M上同一位置静止滚下，C正确。
例2 (2023·北京卷，16)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。(1)关于实验，下列做法正确的是________(填选项前的字母)。A.选择体积小、质量大的小球B.借助重垂线确定竖直方向C.先抛出小球，再打开频闪仪D.水平抛出小球解析　用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确；本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确；实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。答案　ABD　
(2)图5所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图6为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做____________运动；根据____________________，可判断A球水平方向做匀速直线运动。
解析　根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动。答案　自由落体　A球相邻两位置水平距离相等　
(3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小球在空中运动的________个位置。
(4)某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系xOy，并测量出另外两个位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)，如图7所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为________。
2.(2024·广东河源中学期末)小明学完平抛运动后，尝试利用平抛运动的知识测量家里的弹射器射出弹丸的速度。小明准备了白纸、米尺、复写纸、支架等材料。实验时，先将白纸和复写纸固定在墙上，并用支架将弹射器固定好，装置如图8甲所示。接着压缩弹射器朝墙壁发射弹丸，弹丸通过碰撞复写纸，在白纸上留下落点位置。随后将弹射器沿垂直于墙面方向远离墙壁移动，每次移动的距离为0.2 m。通过几次重复实验，挑了一张有4个连续落点痕迹的白纸，如图乙所示。已知重力加速度g＝10 m/s2。
(1)下列实验步骤必要的是________。A.在安装时，必须确保弹射器水平放置B.为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸C.每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸D.第一次实验时，需要测量弹射器开口到墙壁的距离(2)根据测量的数据，可知弹丸离开弹射器的速度大小为________ m/s，弹丸打到C点时的速度大小为________ m/s(所有计算结果均保留2位有效数字)。
答案　(1)ABC　(2)2.0　2.8解析　(1)要保证每次弹丸都做平抛运动，则必须确保弹射器水平放置，故A正确；为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸，故B正确；为保证弹丸的初速度相同，每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸，故C正确；每一次实验时，不需要测量弹射器开口到墙壁的距离，故D错误。
(2)由竖直方向上是自由落体运动，则yBC－yAB＝gT2，解得点迹间的时间间隔为
1.(2022·浙江1月选考)在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图1所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标(x0，y0)。
(1)下列说法正确的是________(单选)。A.实验所用斜槽应尽量光滑B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来C.求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据
(2)根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝________(单选)。
(3)在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是_____________________________________________________________________。答案　(1)C　(2)D　(3)确保多次运动的轨迹相同解析　(1)斜槽轨道不需要光滑，只需要从同一位置由静止释放小球，使其到达斜槽末端的速度相同即可，选项A错误；由于描点可能出现误差，因此不是把所有的点都用平滑的曲线连接起来，选项B错误；求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据，这样误差较小，选项C正确。
(3)为了保证能画出同一个平抛运动轨迹上的多个点，必须要在同一位置由静止释放小球，以确保多次运动的轨迹相同(或“保证小球离开斜槽末端的速度v0相同，从而保证其运动轨迹相同”)。
2.(2021·全国乙卷，22)某同学利用图2(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。完成下列填空：(结果均保留2位有效数字)(1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为________m/s，竖直分量大小为________m/s；(2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2。
答案　(1)1.0　2.0　(2)9.7
3.如图3所示，某实验小组用传感器和计算机研究平抛运动，传感器系统采集频率为50 Hz。如图4所示为计算机描绘出的平抛运动轨迹的一段，对轨迹上的七个点从上到下依次编号为1、2、3、4、5、6、7，数据如下表，其中x、y均是相对坐标原点的位置数据。
(1)从编号2到编号4，小球运动的时间为________s。(2)小球从斜槽末端水平抛出的速度v0＝______m/s(结果保留3位有效数字)。(3)在编号3所记录的时刻，小球竖直方向的分速度v3y＝________m/s(结果保留3位有效数字)。
答案　(1)0.04　(2)1.35　(3)1.08
则从编号2到编号4，小球运动的时间为t＝2T＝0.04 s。
(2)小球水平方向做匀速直线运动，根据表格数据可知，相邻点迹之间的水平间距为Δx＝0.027 m，则小球从斜槽末端水平抛出的速度
4.在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图5所示的装置。实验操作的主要步骤如下：A.在一块平木板上钉上复写纸和白纸，然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直B.使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹AC.将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹BD.再将木板水平向右平移同样距离x，让小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，在白纸上得到痕迹C
若测得x＝20 cm，A、B间距离y1＝15 cm，B、C间距离y2＝25 cm，已知当地的重力加速度g取10 m/s2。(1)根据上述直接测量的量和已知的物理量可以计算出小球平抛的初速度v0＝________m/s。(2)关于该实验，下列说法中不正确的是______。A.斜槽轨道不一定光滑B.每次释放小球的位置必须相同C.每次小球均需由静止释放D.小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h，再由机械能守恒定律求出
(3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2，令Δy＝y2－y1，并描绘出了如图6所示的Δy－x2图像，若已知图线的斜率为k，则小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为_________________。
(2)实验中需要小球每次做平抛运动的轨迹相同，即从斜槽末端抛出时的初速度相同，所以每次释放小球的位置必须相同，且每次小球均需由静止释放，而斜槽轨道并不一定要光滑，故A、B、C正确；由于斜槽不可能完全光滑，且存在空气阻力，所以不能由机械能守恒定律求解小球的初速度，故D错误。
5.某同学探究平抛运动的特点。(1)用如图7所示装置探究平抛运动竖直分运动的特点。用小锤打击弹性金属片后，A球沿水平方向飞出，同时B球被松开并自由下落。若仅要探究A球竖直方向分运动是否是自由落体运动，较为便捷的实验操作是_________________________________________________________________。
(2)用如图8所示装置研究平抛运动水平分运动的特点。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直硬板上。A球沿斜槽轨道PQ滑下后从斜槽末端Q飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，A球会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，依次重复上述操作，白纸上将留下一系列痕迹点。
①请给出一种检查“斜槽末端是否水平”的方法________________________________________________________________________________________________。
②某同学用图8的实验装置得到的痕迹点如图9所示，其中一个偏差较大的点产生的原因，可能是该次实验时________(选填选项前的字母)。A.A球释放的高度偏高B.A球释放的高度偏低C.A球没有被静止释放D.挡板MN未水平放置
③纠正②中错误后，该同学若每一次都使挡板MN下移相同的距离，多次实验后，在白纸上得到的图像是________。
(3)在利用图8所示装置确定平抛运动水平分运动的特点时，请你根据(1)得出的平抛运动在竖直方向分运动的特点，设计一个确定“相等的时间间隔”的方案_____________________________________________________________________。
答案　(1)见解析　(2)①将小球放在斜槽末端，若小球不滚动，则说明斜槽末端水平　②B　③B　(3)使挡板MN到Q的距离之比分别为1∶4∶9∶16∶…
解析　(1)打击弹性金属片后，听小球落地的撞击声是否重合，然后改变A、B两球释放的高度和小锤敲击弹性金属片的力度，若两小球落地的撞击声依旧重合，则可以说明平抛运动竖直分运动为自由落体运动。(2)①将小球放在斜槽末端，若小球不滚动，则说明斜槽末端水平。
②通过图像可知，这个偏差较大的点处的水平速度相比其他的点较小，故产生的原因，可能是该次实验A球释放的高度偏低，故B正确。
③由每次下降相同高度可知，相邻两点时间间隔减小，由于水平速度不变，所以相邻两点的水平距离减小，故B正确。
6.(2024·广东广州模拟)某物理小组利用如图10甲所示的装置探究平抛运动规律。在斜槽轨道的末端安装一个光电门，调节激光束与实验所用小钢球的球心等高，斜槽末端切线水平，又分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装频闪摄像头进行拍摄，钢球从斜槽上的固定位置无初速度释放，通过光电门后抛出，测得钢球通过光电门的平均时间为2.10 ms，得到的频闪照片如图丙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点，g取10 m/s2。
(1)用50分度游标卡尺测得钢球直径如图乙所示，则钢球直径d＝________mm，由此可知钢球通过光电门的速度v＝________m/s(此空结果保留2位有效数字)。(2)在图丙中，B处摄像头所拍摄的频闪照片为________(选填“a”或“b”)。(3)测得图丙a中OP距离为59.10 cm，b中OP距离为45.00 cm，则钢球平抛的初速度大小v0＝________m/s(结果保留2位小数)。(4)通过比较钢球通过光电门的速度v与由平抛运动规律解得的平抛初速度v0的关系，从而验证平抛运动的规律。