实验特训5 探究平抛运动的特点（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用）

这是一份实验特训5 探究平抛运动的特点（解析版）-2025高考物理一轮新题型综合特训（上海专用），共15页。试卷主要包含了用如图1所示装置研究平抛运动等内容，欢迎下载使用。


实验题
材料一：
1．图甲是某种“研究平抛运动”的实验装置，斜槽末端口N与小球离地面的高度均为H，实验时，当P小球从斜槽末端飞出与挡片相碰，立即断开电路使电磁铁释放Q小球，发现两小球同时落地，改变H大小，重复实验，P、Q仍同时落地。

（1）关于实验条件的说法，正确的有 。
A．斜槽轨道必须光滑
B．斜槽轨道末段N端必须水平
C．P小球可以从斜槽上不同的位置无初速度释放
D．P小球每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放
（2）该实验结果可表明 。
A．两小球落地速度的大小相同
B．P小球在水平方向的分运动是匀速直线运动
C．P小球在竖直方向的分运动是匀速直线运动
D．P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同
（3）若用一张印有小方格（小方格的边长为L=10cm）的纸记录P小球的轨迹，小球在同一位置平抛运动途中的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示，重力加速度g=10m/s2，则P小球经过b位置时速度的大小为 m/s，若以a点为坐标原点，水平向右为x轴，竖直向下为y轴，则抛出点的坐标为 （结果以cm为单位）。
【答案】 BC/CB D 2.5 （，）
【详解】（1）[1]A．斜槽轨道光滑与否对实验没有影响，故不必必须光滑，A错误；
B．为了保证小球离开斜槽末端时的速度的方向是水平方向，故斜槽轨道末段N端必须水平，B正确；
CD．这个实验只验证竖直自由落体，水平无影响，不需要每次水平初速度相同，可以在不同位置释放，C正确，D错误。
故选BC。
（2）[2]该实验结果可表明P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同。
故选D。
（3）[3]小球P在竖直方向做自由落体运动，在水平方向做匀速直线运功，在竖直方向，根据匀变速直线运功的推论可得
代入数据，解得
水平方向的速度为
P小球经过b位置时，根据匀变速直线运动的推论，即中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，可得竖直分速度为
则合速度大小为
[4]小球运动到b点的时间为
小球运动到b点时，竖直方向的位移为
解得
小球运动到b时，水平方向的位移为
解得
若以a点为坐标原点，则抛出点的坐标为。
材料二：
2．某同学设计如图的实验装置验证向心力公式和平抛运动水平分运动为匀速运动。将四分之一圆弧固定在桌面上，圆弧底下安装一个压力传感器，光电门固定在底端正上方。实验步骤如下：

（1）让小球静止在圆弧底端，静止时，传感器示数为F0；
（2）让小球从圆弧某一位置静止释放，记录通过光电门的时间t，压力传感器示数F和落点与圆弧底端的水平位移x；
（3）改变释放位置，重复（2）的步骤。
请回答以下问题：
①为完成实验，关于实验装置及相关测量，下列说法正确的是( )
A．圆弧要保持光滑 B．小球要选择体积小，密度大的
C．要测量小球到地面的竖直高度 D．要测量小球的质量
②用游标卡纸测量小球直径，如图所示，则小球直径为 mm；

③以 （填“F”或“F-F0”）为纵轴，为横轴做图像，若图像 ，则说明向心力大小与小球速度平方成正比；
④做x-y图，若图像成正比，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动，其中y应该为 （填“t”、“”或“”）；
⑤甲乙两位同学以不同的桌面高度进行实验，得到图甲和图乙，其中甲同学实验时的桌面高度比乙同学的 （填“高”或“低”）。

【答案】 BD/DB 6.70 F-F0 是一条过原点的直线 高
【详解】（3）[1] A．圆弧没必要保持光滑，从不同高度下滑，小球经过光电门的速度不同，速度根据小球直径和光电门测量的挡光时间测出。A错误；
B．小球要选择体积小，密度大的，减小阻力的影响；B正确；
C．没有必要测量小球到地面的竖直高度，只要保证竖直高度相同，平抛运动的时间相同，只需证明水平位移和水平速度成正比即可证明平抛运动的水平方向分运动为匀速运动。C错误；
D．小球在最低点
要验证向心力公式，需要测量小球的质量。D正确。
故选BD。
[2]小球的直径
[3] [4] 小球经过光电门的速度
小球在最低点
以F-F0为纵轴，为横轴做图像，若图像是一条过原点的直线，，则说明向心力大小与小球速度平方成正比；
[5]设桌面高度为，则
得平抛运动时间
水平位移
做x-y图，若图像成正比，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动，其中y应该为 。
[6] 由
可知，甲乙两位同学以不同的桌面高度进行实验，得到图甲和图乙，其中甲同学实验时的桌面高度比乙同学的高。
材料三：
3．李达同学想利用“验证平抛运动”的实验装置做“验证机械能守恒定律”实验。实验装置如图甲所示，选用的斜槽很光滑，先调整斜槽使其末端切线水平，贴有坐标纸的木板靠近斜槽竖直放置。实验时将小球于斜槽上固定位置P点由静止释放，P点到斜槽末端的竖直高度差为H，小球离开斜槽末端O点时开始做平抛运动。以小球在斜槽末端球心位置为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴，建立平面直角坐标系，多次重复实验描下小球做平抛运动时经过的几个点a、b、c、d，如图乙所示。

（1）图乙中每个正方形小格的边长为l，则小球从b点至c点的运动时间为 ，做平抛运动的初速度v0= 。（重力加速度为g）
（2）如果小球在斜槽上的运动满足机械能守恒定律，则H与l应满足 。
【答案】
【详解】（1）[1][2]已知图乙中一个小格对应的实际长度为l，任意两点间时间间隔为T，则在水平方向上，有
在竖直方向上，有
由图可知
解得
（2）[3]如果小球在斜槽上的运动满足机械能守恒定律，则有
即
材料四：
4．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
（2）图1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2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。

（3）某同学使小球从高度为的桌面水平飞出，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，并测量出另外两个位置的坐标值、，如图3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 。

【答案】 ABD 自由落体运动 A球相邻两位置水平距离相等 10
【详解】（1）[1]A．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；
B．本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确；
CD．实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。
故选ABD。
（2）[2][3]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。
（3）[4]小球从高度为0.8m的桌面水平抛出，根据运动学公式，解得
频闪仪每秒频闪25次，频闪周期
故最多可以得到小球在空中运动个数为
（4）[5]如图、分别表示水平和竖直方向，设重垂线方向与y轴间的夹角为，建立坐标系存在两种情况，如图所示

当建立的坐标系为、时，则x轴方向做匀减速运动，根据逐差法计算加速度有
y轴方向在
联立解得
当建立的坐标系为、时，则x轴方向做匀加速运动，根据逐差法计算加速度有
y轴方向在
联立解得
综上所述，重垂线方向与y轴间夹角的正切值为
材料五：
5．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0.2m。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。

（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两位有效数字）
【答案】 ABC 2.0 2.8
【详解】（1）[1] A．要保证每次钢珠都做平抛运动，则必须确保弹射器水平放置，故A符合题意；
B．为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸，故B符合题意；
C．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符合题意；
D．第一次实验时，不需要测量弹射器开口到墙壁的距离，故D不符合题意。
故选ABC。
（2）[2]由竖直方向上是自由落体运动，则
解得点迹间的时间间隔为
弹丸离开弹射器的速度大小为
[3]钢珠刚要打到C点时的竖直方向速度分量大小为
弹丸打到C点时的速度大小为
材料六：
6．用如图1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）下列说法正确的是 。
A．实验所用斜槽应尽量光滑
B．挡板高度等间距变化
C．画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来
D．斜槽轨道末端水平
（2）建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。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。
（3）若不建立坐标系，描绘出如图2所示的轨迹，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是和，则 （选填“大于”、“等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为 （已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。
（4）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】 D 球心 大于 实验中需要确保钢球每次飞出的速度大小一定
【详解】（1）[1]A．由于钢球每次均从斜槽上同一位置静止释放，钢球克服摩擦力做功相同，即钢球飞出时的速度大小相等，可知实验所用斜槽不需要尽量光滑，故A错误；
B．实验中只需要描出钢球在白纸上留下的多个痕迹点，并不要求挡板高度等间距变化，故B错误；
C．画轨迹时应先舍去偏差较大的痕迹点，然后应把其它描出的点用平滑的曲线连接起来，故C错误；
D．为了确保钢球飞出的速度方向水平，斜槽轨道末端必需调至水平，故D正确。
故选D。
（2）[2]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，即痕迹点对于钢球的球心在白纸上的投影点，可知取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为原点。
（3）[3]钢球水平方向做匀速直线运动，由于AB和BC的水平间距相等且均为x，则钢球通过AB和BC的时间间隔相等，则有
在竖直方向上有
令钢球飞出点到B点的竖直分速度为，钢球从飞出到B点时间为t，则有
，
其中
解得
[4]根据上述可以解得
（4）[5]为了描绘出钢球轨迹，实验中需要确保钢球每次飞出的速度大小一定，即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实验中需要确保钢球每次飞出的速度大小一定。
材料七：
7．在某未知星球上用如图甲所示装置“探究平抛运动的特点”。悬点 O 正下方 P 点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动．现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄．在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图乙所示．a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是 0.10s，照片大小如图乙中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为 1：4，则：

（1）由以上信息，可知 a点 （选填“是”或“不是”）小球的抛出点。
（2）该星球表面的重力加速度为 m/s2；
（3）小球平抛的初速度是 m/s；
（4）小球在 b 点时的速度是 m/s。
【答案】 是 8 0.8
【详解】（1）[1]由图像可知在连续相等的时间间隔内通过的位移之比为 1：3：5，根据初速度为 0 的匀变速运动，在连续相等的时间间隔内通过的位移之比的规律可知 a 点是小球的抛出点。
（2）[2]根据
可得
则该星球表面的重力加速度为 8m/s2。
（3）[3]由
可得
则小球平抛的初速度是 0.8m/s 。
（4）[4]小球在 b 点时的竖直方向的速度为
小球在 b 点时的速度为
材料八：
8．图甲是某种“研究平抛运动”的实验装置，斜槽末端口N与Q小球离地面的高度均为H，实验时，当P小球从斜槽末端飞出与挡片相碰，立即断开电路使电磁铁释放Q小球，发现两小球同时落地，改变H大小，重复实验，P、Q仍同时落地。

（1）关于实验条件的说法，正确的有 。
A．斜槽轨道必须光滑
B．斜槽轨道末段N端必须水平
C．P小球每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放
D．P小球可以从斜槽上不同的位置无初速度释放
（2）该实验结果可表明 。
A．两小球落地速度的大小相同
B．P小球在水平方向的分运动是匀速直线运动
C．P小球在竖直方向的分运动是匀速直线运动
D．P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同
（3）根据图乙可知，a点 （填“是”或“不是”）抛出点。
（4）在实验过程中，将背景换成方格纸，通过频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，图中每个小方格的边长为l=1.6cm，则频闪相机的拍照频率f= Hz，该小球平抛时的速度大小v0= m/s。（结果保留2位有效数字，重力加速度g取10m/s2）
【答案】 BC/CB D 不是 25 0.80
【详解】（1）[1]ACD．斜槽轨道不必光滑，只要保证小球每次从斜槽上相同的位置无初速度释放，即可保证小球每次做平抛运动的初速度相同，故AD错误，C正确。
B．斜槽轨道末段N端必须水平，以保证小球做平抛运动的初速度水平，故B正确。
故选BC。
（2）[2]由实验装置可知，P小球在斜槽末端撞击挡片后，Q小球将于P小球在同一高度同时开始运动，P球做平抛运动，Q球做自由落体运动，两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，即P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同，两球落地速度不相同。
故选D。
（3）[3]由于P小球在竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，则其从开始运动，连续相等时间间隔内的位移比满足而由图乙可知，在连续相等的时间内，竖直方向下落的高度有不满足此规律，则可说明A点不是抛出点。
（4）[4]方格的边长为1.6cm，在竖直方向是自由落体运动，根据连续相等时间间隔内的位移差公式有
解得
可得
[5]小球在水平方向是匀速直线运动，则可得小球平抛时的初速度为