高中物理教科版 (2019)必修 第二册3 探究平抛运动的特点课堂检测

第一章　抛体运动

3  探究平抛运动的特点

基础过关练

题组一　实验原理与操作

1.在“探究平抛运动的特点”实验中,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标纸之外,下列器材中还需要的是              (　　)

A.秒表　　　　　　B.天平

C.重垂线　　　　　　D.弹簧测力计

2.(2021河南新乡高一下期末)用如图所示的装置探究平抛运动的特点,在一块竖直放置的背景板上固定两个弧形轨道A、B,用于发射小铁球,从轨道A射出的小铁球做平抛运动,从轨道B射出的小铁球做匀速直线运动。板上还装有三个电磁铁C、D、E,其中电磁铁C、D可分别沿轨道A、B移动。在轨道A出口处有一个碰撞开关S,用以控制电磁铁E的电源的通断,电磁铁E可以沿水平杆MN移动,当它吸上小铁球时,该小铁球的中心与从轨道A末端射出的小铁球的中心在同一水平线上。

(1)实验中,轨道A末端的切线必须是水平的,这样做的目的是　　　　; 

A.保证小铁球飞出时,速度既不太大,也不太小

B.保证小铁球飞出时,初速度水平

C.保证小铁球在空中运动的时间每次都相等

D.保证小铁球运动的轨迹是一条抛物线

(2)若轨道A、B出口方向平行但略向下倾斜,将小铁球1从某高度静止释放,小铁球落在轨道B的P点,将电磁铁E移至P点正上方,将小铁球1和小铁球3同时释放,先到达P点的是　　　　; 

(3)若轨道A、B出口均水平,调节小铁球3的水平位置多次实验,发现小铁球1和小铁球3总是在空中相碰,则说明小铁球1在竖直方向上做　　　　运动。 

题组二　实验数据处理

3.为了探究影响平抛运动水平射程的因素,某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6次实验,实验数据记录如表所示:

以下探究方案符合控制变量法的是 (　　)

A.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为1、3、5的实验数据

B.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为2、4、6的实验数据

C.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为1、3、5的实验数据

D.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为2、4、6的实验数据

4.(2021河南名校联盟高一下期中)图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。

　　图乙是利用正确实验取得的数据绘制的图像。某同学记录了A、B、C三点,取A点为坐标原点,建立了如图乙所示的坐标系。运动轨迹上的这三点坐标值图中已标出。那么小球平抛的初速度大小为　　　　m/s(保留三位有效数字),经过B点时竖直方向的速度大小为　　　　m/s,小球抛出点的坐标为　　　　(单位cm)。(重力加速度g取10 m/s2) 

能力提升练

题组一　实验数据处理与误差分析

1.(2021广东广州秀全中学高一下期中,)在做研究平抛运动的实验时,通过频闪照相法研究小球平抛运动的轨迹。如图所示为一小球做平抛运动的频闪照片的一部分,图中背景方格的边长均为5 cm,如果取g=10 m/s2,那么:

(1)相机的闪光频率是　　　　Hz; 

(2)小球运动中水平速度的大小是　　　　m/s; 

(3)若实验中把轨道末端点记为坐标原点,建立坐标轴,利用卡槽记录小球平抛过程中的位置,拟合得到一条过原点的平滑曲线,测得曲线上某点坐标(x0,y0),由此得到平抛初速度v=x0,不计空气阻力的影响,该测量值和真实值相比　　　　(填“偏大”“偏小”或“相等”)。 

2.(2020湖南邵阳洞口九中高三月考,)如图所示,研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上,利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间,底板上的标尺可以测得水平位移。保持水平槽口距底板高度h=0.420 m不变,改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置,测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d,记录在表中。

(1)由表中数据可知,在h一定时,小球的水平位移d与其初速度v0成　　　　关系,与　　　　无关。 

(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理= s=289.8 ms,发现理论值与测量值之差约为3 ms。经检查,实验过程及测量无误,其原因是　　　　。 

(3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后,另做了这个实验,竟发现测量值t'依然大于自己得到的理论值t理',二者之差为3～7 ms,且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查,确认斜槽槽口与底板均水平,则导致偏差的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

题组二　实验拓展创新

3.(2021安徽定远育才学校高一下期末,)在做“探究平抛运动的特点”的实验中,为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置,实验时用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上,使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A;将木板向远离槽口平移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹B;将木板再向远离槽口平移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x=10.00 cm,A、B间距离y1=5.02 cm,B、C间距离y2=14.82 cm。请回答以下问题:(g=9.80 m/s2)

(1)为什么每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放?

(2)每次把木板移动相同的水平距离,原因是:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0=　　　　。(用题中所给字母表示) 

(4)小球初速度的值为v0=　　　　m/s。 

答案全解全析

基础过关练

1.C　在做“探究平抛运动的特点”实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,还需要重垂线,确保小球抛出后在竖直面内运动;本实验中不需要测量力、时间以及质量,故不需要弹簧测力计、秒表和天平,C正确,A、B、D错误。

2.答案　(1)B　(2)小铁球1　(3)自由落体

解析　(1)平抛运动的初速度沿水平方向,故为了保证小铁球飞出时初速度水平,实验中,轨道A末端的切线必须是水平的,B正确;

(2)由于轨道A出口略向下倾斜,则射出后,小铁球1有竖直方向上的初速度,并且与小铁球3下降的高度相同,而小铁球3竖直方向上的初速度为零,故小铁球1先到达P点;

(3)小铁球1和小铁球3总是在空中相碰,说明两者在竖直方向上的运动性质相同,故说明小铁球1在竖直方向上做自由落体运动。

3.A　若探究水平射程与高度的关系,应保证物体做平抛运动的初速度不变,改变下落高度,A正确,B错误;若探究水平射程与初速度的关系,应保证平抛运动的下落高度不变,改变初速度,选用的数据可以是1、2的实验数据或3、4的实验数据或5、6的实验数据,C、D错误。

4.答案　1.00　4　(-20,-20)

解析　由图乙可知A、B、C中相邻两点间水平距离相等,所以运动时间相等,设为T,根据运动学公式有Δy=yBC-yAB=gT2

解得T=0.2 s

小球平抛的初速度大小为v0==1.00 m/s

小球经过B点时竖直方向上的速度大小为vBy==4 m/s

小球从抛出点运动到B点的时间为t==0.4 s

则抛出点的横坐标为x=xB-v0t=-20 cm

纵坐标为y=yB-gt2=-20 cm。

能力提升练

1.答案　(1)10　(2)1.5　(3)偏大

解析　(1)在竖直方向有,Δh=gT2,其中Δh=(5-3)×5 cm=10 cm=0.1 m

代入求得T=0.1 s,则相机的闪光频率f==10 Hz。

(2)小球水平方向的速度v0==1.5 m/s。

(3)平抛初速度v=x0,因为y0测量值比真实值偏小,所以v的测量值和真实值相比偏大。

2.答案　(1)正比　飞行时间t　(2)重力加速度取值不正确,g取值10 m/s2偏大　(3)见解析

解析　(1)由表中数据可知,在h一定时,小球的水平位移d与其初速度v0成正比关系,与飞行时间t无关。

(2)计算小球飞行时间的理论值t理= s=289.8 ms中,g取值10 m/s2偏大,造成理论值小于测量值,应该取值g=9.8 m/s2,这样计算出的t理=292.8 ms。

(3)导致偏差的原因是:光电门传感器置于槽口的内侧、小球直径过大、小球飞过光电门需要时间。

3.答案　(1)见解析　(2)见解析　(3)x　(4)1.00

解析　(1)为了确保小球每次抛出的轨迹相同,应该使小球抛出时的初速度相同,因此每次都应使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放。

(2)因为小球水平方向做匀速直线运动,由x=v0t知,若x相同,则时间t相等。

(3)在竖直方向上Δy=y2-y1=gt2,则t=

水平方向上x=v0t,初速度v0=。

(4)代入数据解得:v0=1.00 m/s。