2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（五）实验：研究平抛运动

2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（五）

实验：研究平抛运动

1.某小组在做“探究平抛运动的特点”实验。

(1)实验中，下列说法正确的是_________。

A.斜槽轨道末端必须保证水平

B.斜槽轨道粗糙对实验有一定的影响

C.使小球每次从斜槽上不同的位置释放

D.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

(2)实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点为坐标原点，测量它们的水平坐标和竖直坐标，下图中图象能说明小球运动轨迹为抛物线的是_______。

(3)如图所示，在实验中，用一张印有小方格的纸记录小球的运动轨迹，小方格的边长。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的所示，则小球在点的速率是_________。（取）

2.某同学用如图甲、乙所示装置研究平抛运动的特点。

（1）在图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动，同时B球被释放，做自由落体运动，分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复实验，发现两个小球总是同时落地，该现象说明_________________________。

（2）在图乙所示的实验装置中，钢球从斜槽M上释放，钢球飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后落在挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。上下调节挡板，多次实验，就会在白纸上记录钢球运动轨迹上的多个位置。最后用平滑曲线将这些印迹连接起来，就可得到钢球做平抛运动的轨迹。图丙所示为得到的一条轨迹，任取一点O建立直角坐标系，在轨迹上取三个点，相邻两点间的水平和竖直距离分别为。

①本实验在操作过程中应注意的事项有__________________________。（至少写出两条）

②根据图甲实验的结论，取三个点时在竖直方向上应满足，若水平方向上满足__________，则说明__________________________。

3.图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图，实验前，应对实验装置反复调节，直到槽末端切线水平。取，计算结果均保留三位有效数字.

（1）实验过程中，每次让小球从同一位置由静止释放，其目的是______.

（2）图乙是根据实验数据所得的平抛运动的曲线，其中O为抛出点，则小球做平抛运动的初速度大小v= ______m/s.

（3）在另一次实验中，将白纸换成方格纸，每小格的边长L=4.90cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图丙所示.可知该小球做平抛运动的初速度大 = __m/s，B点在竖直方向的分速度大小=______m/s.

4.某同学用图甲所示实验装置做“研究平抛物体的运动”实验,他先调整斜槽轨道槽口末端水平,然后在方格纸(图甲中未画出方格)上建立好直角坐标系,将方格纸上的坐标原点O与轨道槽口末端重合,轴与重锤线平行,轴水平。实验中使小球每次都从斜槽同一高度由静止滚下,经过一段水平轨道后抛出。依次均匀下移水平挡板的位置,分别得到小球在挡板上的落点,先在方格纸上标出相应的点迹,然后作出如图乙所示的小球的运动轨迹。

(1)平抛运动水平方向的分运动是_________运动。

(2)为了能较准确地完成实验,需要_________。

A.调节装置使斜槽末端保持水平

B.实验所用斜槽的轨道必须是光滑的

(3)已知方格每格长L,重力加速度为g,则小球到B点时竖直方向的速度为___________________。

5.某同学用如图甲、乙两装置探究平抛运动的规律:

(1)如图甲所示,两球处于同一高度静止。用小锤击打弹性金属片,P球就沿水平方向飞出,同时Q球被松开做自由落体运动,则下列关于这个实验的说法正确的是(   )

A.Q球先落地,P球后落地

B.两球落地的先后顺序由小锤打击力的大小而定

C.两球同时落地,说明P球水平方向的分运动为匀速直线运动

D.两球同时落地,说明P球竖直方向的分运动为自由落体运动

(2)如图乙所示,上、下两个完全相同的圆弧轨道分别固定在竖直板上的不同高度处,轨道的末端水平,相同的两个小球分别被电磁铁吸引位于两个圆弧轨道顶端,断开开关,使两个小球同时开始运动。离开圆弧轨道后,A球做平抛运动,B球进入一个光滑的水平轨道,则改变上面轨道的高度,多次重复上述实验过程,总能观察到A球正好落在B球上,则能说明平抛运动________________________。

6.在做“研究平抛运动”的实验中，为了测量小球做平抛运动的初速度，实验用如图所示的装置。实验操作的主要步骤如下：

①在一块平木板上钉上复写纸和白纸，将其竖直立于斜槽轨道口前，木板与槽口之间有一段初始距离d，并保持板面与轨道末端的水平部分垂直。

②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A。

③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B。

④将木板再水平向右平移相同距离x，使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上得到痕迹C。

⑤测得三点距地面的高度为，已知当地的重力加速度为g。

请回答下列问题：

（1）关于该实验，下列说法正确的是（   ）

A.斜槽轨道必须尽可能光滑

B.每次小球均须由静止释放

C.每次释放小球的位置可以不同

D.步骤①中初始距离d必须与步骤③中的距离x相等

（2）根据上述测量的物理量和已知的物理量可以得到小球做平抛运动的初速度大小的表达式为______（用题中所给字母表示）。

（3）某同学做进一步的研究，他改变小球释放时的初始位置的高度h，每改变一次高度，重复上述步骤①～⑤（其他条件不变），并记录每次的。在同一坐标系中画出图像。根据你的分析，下列哪个图最接近该同学的实验结果（   ）（图中直线a表示图线，直线b表示图线，直线c表示图线）

A. B. C. D.

7.在做“研究平抛运动”的实验中,为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置,实验时用了如图甲所示的装置。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;将木板向远离槽口方向平移距离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;又将木板再向远离槽口方向平移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,再得到痕迹C。

若测得木板每次移动距离,间距离,间距离,重力加速度,请回答以下问题:

(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?

答:_____________________________________。

(2)根据以上直接测量的物理量来求得小球的初速度___________m/s。(保留3位有效数字)

(3)如果将木板向远离槽口方向平移的同时还将木板向图甲中垂直纸面方向等间距平移,可以得到几个痕迹点,用平滑的线连起来就是小球平抛运动的轨迹。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,下列中能说明平抛小球的运动轨迹为抛物线的是(   )

A. B. C. D.

8.用如图1所示装置研究平地运动。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.斜槽轨道末段水平

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

(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。

a.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轴与重锤线平行。

b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据：如图2所示,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）。

(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

(4)伽利略曾研究过平抛运动,他推断：从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_________。

A.在水平方向上做匀速直线运动

B.在竖直方向上做自由落体运动

C.在下落过程中机械能守恒

(5)牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远,如果速度足够大,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星。

同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因。

___________________________

参考答案及解析

1.答案：(1)AD

(2)C

(3)

解析：(1)斜槽的末端必须保证水平，这样小球从斜槽飞出后才能做平拋运动，A项正确；小球每次从斜槽上相同的位置由静止释放不论斜槽是否光滑，小球从斜槽飞出时的速度都相同，这样能保证描绘的是同一平抛运动的轨迹，B、C项错误；要使描出的轨迹更好地反映小球的真实运动，记录的点应适当多一些，D项正确。

(2)物体在竖直方向做自由落体运动，有，水平方向做匀速直线运动，有，联立可得。因初速度相同，所以为常数，故为正比例关系，C项正确。

(3)设相邻两点间的时间间隔为，竖直方向，得到，水平方向有，解得，代入数据，小球在点时，竖直方向上的瞬时速度，所以点的速度。

2.答案：（1）做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动

（2）①应保证斜槽末端水平；保证钢球每次从斜槽上同一位置由静止释放

②；；做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动（文字描述合理也可以得分）

解析：（1）A球做平抛运动，B球做自由落体运动，两球总是同时落地，说明A球在竖直方向上的分运动是自由落体运动。需要注意的是本实验只能说明A球在竖直方向上的运动情况，不能反映其水平方向上的运动情况。

（2）①为了能画出平抛运动轨迹，首先要保证钢球做的是平抛运动，所以斜槽末端必须是水平的；同时要让钢球总是从同一位置由静止释放，这样才能找到同一运动轨迹上的各个点；另外为了减小摩擦对钢球运动轨迹的影响，应使固定复写纸和白纸的背板竖直放置。

②根据图甲结论，A球在竖直方向上做自由落体运动，所以在竖直方向上相等时间内相邻位移之差是相等的，反过来如果满足，说明钢球从O到A，从A到B，从B到C运动的时间是相等的，如果再满足，则说明钢球在水平方向上做匀速直线运动，这就说明了钢球做的是平抛运动。

3.答案：(1)保证小球平抛运动的初速度相同   

（2） 1.60    (3) 1.47    ；1.96

解析： (1)每次让小球从同一位置由静止释放，目的是保证小球平抛运动的初速度相同。

(2)根据得：

小球平抛运动的初速度为：。

(3)在竖直方向上,根据得：小球的初速度为：

B点的竖直分速度为：。

4.答案：(1)匀速直线  (2)A  (3)

解析：(1)平拋运动水平方向的分运动是匀速直线运动。

(2)为了能较准确地完成实验,需要调节装置使斜槽末端保持水平,实验所用斜槽的轨道不是必须光滑的,选项A正确。

(3)已知方格每格长L,重力加速度为g,由,解得小球到B点时竖直方向的速度为。

5.答案：(1)D (2)在水平方向上做匀速直线运动

解析：(1)用小锤击打弹性金属片,P球就水平飞出,同时Q球被松开,做自由落体运动,两球同时落到地而,可知P球竖直方向上的运动规律与Q球相同,即平抛运动竖直方向上做自由落体运动,故A、B、C错误,D正确。

(2)让两小球从相同的弧形轨道上相同高度滚下,从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度。小球A做平抛运动,小球B做匀速直线运动,当两小球相遇时则说明小球平抛运动中水平方向是匀速直线运动。当同时改变两小球滚下的高度时,仍能相碰,则说明平抛运动水平方向总是匀速直线运动。

6.答案：（1）B

（2）

（3）C

解析：（1）斜槽轨道是否光滑对实验结果没有影响，选项A错误；每次小球从同一位置由静止释放，可保证小球做平抛运动的初速度相同，选项B正确，C错误；我们选取的是平抛运动过程中时间相等的两段，与初始距离d无关，选项D错误。

（2）木板右移距离x相等，则小球运动时间的增加量T相等，在竖直方向上有，水平方向上，两式联立可得。

（3）若不考虑小球与斜槽间的摩擦力，根据动能定理得，解得，平抛运动的时间，则为斜槽底端到地面的高度，为轨道末端到木板的水平距离，解得，斜率为负值，对应的水平位移逐渐增大，即斜率的绝对值逐渐增大，实际操作中存在摩擦，故会存在误差，故C图最接近该同学的实验结果。

7.答案：(1)小球离开斜槽时每次都具有相同的初速度

(2)1.00 (3)D

解析：(1)小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放是为了使小球离开斜槽时每次都具有相同的初速度。

(2)根据平抛运动规律可知,小球在水平方向上做匀速直线运动,故小球在竖直方向从A到B和从B到C运动的时间相等,设这一时间为T,根据竖直方向匀变速直线运动的推论有,且,解得,代入数据解得。

(3)小球做平抛运动的轨迹方程为,D项正确。

8.答案：(1).BD  (2)a.球心;需要b.大于;  (3).AB  (4).B

(5).利用平抛运动的轨迹的抛物线和圆周运动知识证明即可

解析：(1)本实验中要保证小球飞出斜槽末端时的速度为水平,即小球做平抛运动,且每次飞出时的速度应相同,所以只要每次将小球从斜槽上同一位置由静止释放即可,故BD正确;

(2)a.平抛运动的起始点应为钢球静置于Q点时,钢球的球心对应纸上的位置,由于平抛运动在竖直方向做自由落体运动,所以在确定y轴时需要y轴与重锤线平行;

b.由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间间隔内所通过的位移之比为可知,由于A点不是抛出点,所以;设AB,BC间所用的时间为T,竖直方向有：,水平方向有：,联立解得：;

(3)A项：从细管水平喷出稳定的细水柱,由于细水柱射出后受到空气阻力的作用,所以此方案不可行;

B项：用频闪照相在同一底片上记录小球不同时刻位置即平抛运动的轨迹上的点,平滑连接在一起即为平抛运动轨迹,所以此方案可行;

C项：将铅笔垂直于竖直的白板放置,以一定初速度水平抛出,笔尖与白纸间有摩擦阻力的作用,所以铅笔作的不是平抛运动,故此方案不可行;

(4)由平抛运动竖直方向运动可知,,时间,所以只要高度相同,时间相同,故B正确;

(5)由平抛运动可知,竖直方向：,水平方向：,联立解得：,即抛出物体的轨迹为抛物线,当抛出的速度越大,在抛物线上某点的速度足以提供该点做圆周运动的向心力时,物体的轨迹从抛物线变为圆。