二轮专题04 实验：探究平抛运动特点（解析版）
展开专题04-实验：探究平抛运动特点
1．（1）在研究平抛运动实验中，为减小空气阻力对小球运动的影响，应采用______；
A．实心小铁球 B．空心小铁球
C．实心小木球 D．以上三种小球都可以
（2）在做“探究平抛运动”的实验时，让小球多次从同一高度释放沿同一轨道运动，通过描点法画小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上______；
A．调节斜槽的末端保持水平
B．每次释放小球的位置必须不同
C．每次必须由静止释放小球
D．记录小球位置用的木条（或凹槽）每次必须严格地等距离下降
E．小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相接触
F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线
（3）在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L，若小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则相邻两点时间间隔的计算公式为______，小球的初速度的计算公式为______，（用L、g表示）。
1【答案】 A ACE
【详解】（1）[1]在研究平抛运动实验中，为减小空气阻力对小球运动的影响，应采用实心小铁球。
故选A。
（2）[2]A．调节斜槽的末端保持水平，以使小球能水平抛出，A正确；
BC．每次从斜槽同一位置由静止释放小球，B错误，C正确；
D．记录小球位置用的木条（或凹槽）每次不必须严格地等距离下降，只是等间距下降比较方便记录，D错误；
E．小球运动时不应与木板上的白纸（或方格纸）相接触，避免摩擦阻力的影响，E正确；
F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用平滑曲线连接各点，F错误。
故选ACE。
（3）[3]竖直方向由匀变速直线运动推论可得
则相邻两点时间间隔的计算公式为
[4]水平方向由匀速直线运动的位移公式可得，小球的初速度的计算公式为
2．平抛运动的轨迹是曲线，比直线运动复杂。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动特点。
（1）如图所示，用小锤打击弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球由静止自由下落，可观察到两小球同时落地；改变小球距地面的高度和打击的力度，多次实验，都能观察到两小球同时落地。根据实验，______（选填“能”或“不能”）判断出A球在竖直方向做自由落体运动：______（选填“能”或“不能”）判断出A球在水平方向做匀速直线运动。
（2）如图所示，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PO滑下后从O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为了保证钢球从O点飞出的初速度是一定的，下列实验条件必须满足的是______。
A．斜槽轨道光滑
B．斜槽轨道末段水平
C．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
②一位同学做实验时，忘记了标记抛出点O，只记录了A、B、C三点，于是就取A点为坐标原点，建立了如图所示的坐标系。平抛轨迹上的这三点坐标值图中已标出。根据图中数据判断，小球平抛的初速度为______m/s。（取，计算结果保留三位有效数字）。
2【答案】 能 不能 BC/CB 1.50
【详解】（1）[1][2]无论在什么高度，两个小球都同时落地，说明两个小球在竖直方向运动完全相同，由于B小球做自由落体运动，因此可以判断出A球在竖直方向做自由落体运动；而在水平方向上没有任何比较，因此不能判断出A球在水平方向做何种运动；
（2）①[3]为保证小球到达斜槽末端时水平抛出，则必须要使斜槽末端水平；为保证小球到达斜槽末端的速度相同，则小球每次都从斜槽的同一位置从静止滚下，这样每次抛出的运动轨迹完全相同，斜槽轨道是否光滑对实验无影响。
故选BC。
②[4]根据竖直方向的运动规律有
水平方向有
解得
3．三个同学根据不同的实验装置，进行了“探究平抛运动的特点”的实验：
（1）甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片，金属片把球沿水平方向弹出，同时球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_______；
A．竖直方向的分运动是自由落体运动
B．水平方向的分运动是匀速直线运动
（2）乙同学采用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、、、所示，图中每个小方格的边长为，则该小球经过点时的速度大小_______；（结果保留三位有效数字，取）
（3）丙同学采用如图丙所示的装置。下列器材问题和操作方式不会对实验误差带来影响的是_______。
A．槽与小球间有摩擦
B．槽末端切线不水平
C．小球每次自由滚下的位置不同
D．某次实验时小球在释放瞬间有初速度
3【答案】 A 1.25 A
【详解】（1）[1]两小球总是同时落地，说明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。
故选A。
（2）[2]根据题意，由图乙可知，竖直方向上，由匀加速直线运动规律可得频闪照片的时间间隔为
b点竖直方向上的速度为
b点水平方向上的速度为
所以该小球经过b点时的速度大小
（3）[3]AB．小球在空中做平抛运动，所以斜槽与球之间有摩擦不会对实验产生影响，但槽末端切线不水平会影响到小球不是做平抛运动，故A正确，B错误；
CD．小球每次自由滚下的位置必须相同，且由静止释放，才能保证小球每次平抛运动的初速度相同，CD错误。
故选A。
4．“探究平抛运动的特点”实验，主要有以下几步。
（1）用如图甲所示竖落仪装置探究平抛运动的特点。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，自由下落，做自由落体运动。关于本实验，下列说法正确的是_________。
A．应改变小球距地面的高度和小锤击打的力度多次重复实验
B．应观察两个小球是否同时落地
C．改变锤子打击弹片的力度，可以改变A球落地的时间
D．本实验可以说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动
（2）在（1）的基础上，用如图乙所示平抛仪装置继续探究平抛运动在水平方向上运动的规律，得到了小球在竖直平面xOy上的一条运动轨迹，如图丙平面直角坐标系中的OP曲线所示，Ox为水平方向，Oy为竖直方向。
①下列关于本实验的说法中，正确的是______；
A．斜槽必须是光滑的，且每次释放小球的初位置相同
B．应该将斜槽轨道的末端调至水平
C．斜槽末端槽口处为坐标系的原点O
D．描绘小球运动轨迹时，应将所有描出的点用直线依次连接
②为了分析小球在水平方向是否做匀速直线运动，应在OP图线上连续选取四个点A、B、C、D，它们的坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）、（x4，y4）。为了使它们相邻两点之间的时间相等，关于四个点的坐标，应满足__________。
A．
B．
C．
D．
③接②，若四个点的坐标满足________，就说明小球在水平方向做匀速直线运动
A．
B．
C．
D．
4【答案】 AB/BA B D A
【详解】（1）[1]ABD．应改变小球距地面的高度和小锤击打的力度多次重复实验，再观察两个小球是否同时落地，若是，则可以说明平抛运动在竖直方向做自由落体运动，AB正确，D错误；
C．改变锤子打击弹片的力度，可以改变A球的水平位移，但A球的落地时间不变，C错误。
故选AB。
（2）①[2]A．斜槽不必是光滑的，只要每次释放小球的初位置相同即可，A错误；
B．应该将斜槽轨道的末端调至水平，使小球水平抛出，B正确；
C．当小球处于斜槽末端槽口时，球心的位置为坐标系的原点O，C错误；
D．描绘小球运动轨迹时，应将所有描出的点用平滑曲线依次连接，D错误。
故选B。
②[3]为了分析小球在水平方向是否做匀速直线运动，应在OP图线上连续选取四个点A、B、C、D，它们的坐标分别为（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）、（x4，y4）。小球在竖直方向做匀加速直线运动，时间相等的相邻两段位移差相等，故为了使它们相邻两点之间的时间相等，关于四个点的坐标，应满足
故选D。
③[4]若四个点的坐标满足
就说明小球在水平方向做匀速直线运动。
故选A。
5．高中学生小明同学在家里用弟弟搭建城堡的泡沫积木设计并完成了一个研究平抛运动的性质的实验。实验方案的步骤如下：
a.用四块完全相同的长方形和一块三角形的泡沫砖搭建一个“高台”如图1所示；
b.让一块圆柱形积木P从三角形顶端释放，积木P加速后从“高台”边缘飞出，落在事先铺在水平地面上的复写纸和白纸上，并在白纸背面留下落点的痕迹；
c.去掉一块长方形泡沫砖，注意保持白纸和高台边缘的位置不变，重复步骤b；
d.重复步骤c，直至长方形砖块数量减至只剩一块；
e.用卷尺对纸上所记录的四次实验落点的间距进行测量；
f.分析数据，得出结论。
（1）图1给出了两种搭建“高台”的方式，符合本实验要求的方式是______（填“甲”或“乙”），简要说明原因：______________________________。在进行步骤c时，除了应注意保持白纸和“高台”的相对位置不变，还应保证每次都将圆柱形积木P__________________。
（2）图2为记录了四次实验落点的白纸。分析落点的间距、、的大小可知：标记“4”的落点对应于积木P从______（填数字）块长方形泡沫砖组成的高台上平抛下落。小明根据测量结果的比例关系，证明了平抛运动符合水平方向匀速、竖直方向匀加速的特点。因为小明认为本实验的四次落点间距的理论值之比应等于______：______：______，而实际测量值在误差的允许范围内确实与上述比值相等。
（3）小明测得的数据如下：，，，若已知每块长方形泡沫砖的厚度，则可算出积木P每次从“高台”上飞出时的速度______（计算结果保留两位有效数字，可能用到的近似，，）。
5【答案】 甲 保证积木P的从高台飞出时的初速度沿水平方向 从三角形顶端同一位置由静止释放 4 1.7
【详解】（1）[1][2][3]符合本实验要求的方式是甲，因为图甲可以保证积木P的从高台飞出时的初速度沿水平方向，在进行步骤c时，除了应注意保持白纸和“高台”的相对位置不变，为了保证每一次抛出的速度相等，还应保证每次都将圆柱形积木P从三角形顶端同一位置由静止释放；
（2）[4][5][6][7]标记“4”的落点水平位移最大，运动时间最长，根据
得
可知对应4块长方形泡沫砖组成的高台上平抛下落，竖直方向做自由落体运动，根据初速度为零匀变速运动相等位移内的时间比关系，结合水平方向
可得
（3）[8]设对应的运动时间为，竖直方向
联立解得
则
6．为了探究“平抛运动”的规律，小明设计实验如下图所示，其中M是电风扇，它能够带动小球A以一定初速度进入滑道。当小球抵达第二个光电门时，传感器接收到小球信号并传输至与平抛轨道等高的质量更大的B小球装置处，将B小球由静止释放。试回答下列小题：
（1）下列实验器材是本实验必须要的是___________。
A．带重锤的线 B．刻度尺 C．秒表 D．天平 E.砝码
（2）当测得光电门的间距为10cm，小球从光电门1到光电门2的时间为0.05s，则小球做平抛运动的初速度为___________。
（3）本实验的目的是为了___________。
A．验证平抛运动的初速度不影响竖直方向上速度的改变
B．验证平抛运动的初速度越大，物体移动的位移越大
C．验证平抛运动不受物体质量的影响
D．验证重力越大的物体，在做平抛运动时受空气阻力的影响更小
（4）在测量小球的直径时，下列测量方法误差较小的是___________。
A．
B．
6【答案】 AB 2m/s A A
【详解】(1)[1]本实验需要用带重锤的线确定竖直方向，需要刻度尺测量两光电门间距，AB正确。
故选AB。
(2)[2]当测得光电门的间距为10cm，小球从光电门1到光电门2的时间为0.05s，则小球做平抛运动的初速度为
(3)[3]本实验把平抛运动与自由落体运动进行比较，主要目的是为了验证平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，平抛的初速度不影响竖直方向上速度的改变，A正确。
故选A。
(4)[4]A图中操作方法正确，误差较小，B图把小球卡在外测量爪凹槽处，会产生较大误差，A正确。
故选A。
7．如图甲是研究平抛运动的实验装置，图乙是小球做平抛运动的闪光照片。完成下列空格：
（1）在实验装置安装、调试过程中，斜槽轨道末端必须调整为___________状态；由于要描绘小球平抛运动轨迹，小球需要多次从轨道上释放，必须使得小球从斜槽上的___________位置开始下滑。
（2）乙图的闪光照片上总共记录了小球平抛运动过程中的七个位置，位置a～d之间的距离以及d~g之间的距离如下表所示，不计空气阻力
两位置之间距离 | 位置 | 位置 |
水平距离 | 0.5cm | 0.5cm |
竖直距离 | 1.5cm | 2.5cm |
（3）已知闪光周期为，根据表格中的数据与真实的实验数据相比，闪光照片比实际小球运动轨迹缩小了___________倍。
7【答案】 水平 同一 10
【详解】(1)[1][2]为了使小球做平抛运动，斜槽的末端水平，为了让小球多次重复同一平抛运动的轨迹，即平抛运动的初速度相同，则每次小球从同一位置由静止释放。
(3)[3]设把照片缩小了倍，根据
得
解得
8．如图甲是某同学“研究平抛运动”的实验装置图。
实验前反复调整实验装置使轨道末端水平，在轨道所在的平面内竖直放置一贴有坐标纸的木板，调整坐标纸坐标分别沿水平和竖直，正对坐标纸架设频闪照相机，当小球到达轨道末端频闪照相机开始拍照，某次实验中得到的小球运动轨迹如图乙所示，方格纸每小格的边长，（g取10）。
（1）为了保证同一次实验中小球抛出的初速度相同，因此必须让小球从______（选填“相同”或“不同”）位置由静止释放；
（2）图乙中O为抛出点，由轨迹可知该轨道末端______（选填“是”或“否”）水平，频闪照相机的拍照的闪光频率为______Hz；
（3）小球抛出后的水平速度大小为______m/s，经过C点时的速度为______m/s。
8【答案】 相同 否 10 1.5 2.5
【详解】（1）[1]小球从轨道上滚下，每次从同一位置由静止释放，这样，小球每次所做的运动都是相同的，可以达到每次从斜槽末端滚下的速度相同；
（2）[2]由轨迹可以看出，小球斜向上运动，可知斜槽末端不是水平的，而是斜向上的；
[3]从轨迹上的B、C、D三个点间的竖直间距，结合逐差法可得
频闪照相机的拍照的周期为
频闪照相机的拍照的闪光频率为
（3）[4]根据水平方向相邻两点间的距离可得水平速度为
[5]根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得C点的竖直速度为
根据速度的合成，可得C点的瞬时速度为
9．某同学用电磁实验装置和数码相机分别研究平抛运动：
（1）如图甲所示，将小球a由斜槽上某一高度处由静止释放，沿斜槽滚下，离开斜槽末端（水平）时撞开轻质接触式开关，被电磁铁吸住的小球b同时自由下落．结果看到a、b两球同时落地，这个演示实验说明：________________；
（2）用频闪照相拍摄小球做平抛运动的轨迹，得到如图乙的图片，图片中a、b、c、d是连续四次拍摄的小球所在的位置。
①方格纸中每个小方格的实际边长为1.6cm，则闪光灯闪光的时间间隔为________s，小球做平抛运动的初速度大小为v0＝________m/s。（重力加速度g＝10m/s2）
②试分析a点是否为小球的抛出点，说明理由：_____________。
9【答案】 说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动 0.04 0.8 见解析
【详解】(1)[1]ab两球同时落地，说明在竖直方向两球的运动完全相同，即说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动；
(2)①[2]由
可得
[3]由
可得
②[4]小球在b点的竖直速度为
则从抛出点到b点的运动时间为
因为
所以a点不是抛出点。
10．某物理小组做“探究平抛运动的特点”的实验∶
（1）采用如图所示的实验装置，实验时需要下列哪个器材___________；
A．弹簧秤 B．重锤线 C．打点计时器
（2）在该实验中，下列说法正确的是___________
A．斜槽轨道必须光滑
B．斜槽轨道末端可以不水平
C．应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止释放
D．将描出的点用刻度尺连成折线
（3）若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如图所示的频闪照片。在测得x1，x2，x3，x4后，需要验证的关系是___________。用（x1，x2，x3，x4表示）已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是( )
A． B． C． D．
（4）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每个格的边长L=5cm，通过频闪照相机，记录了小球在运动途中的三个位置，如图所示，则与照相机的闪光频率对应的周期为___________s，该小球做平抛运动的初速度为___________ m/s； 抛出点距A点的竖直距离___________cm （g= 10m/s2）。
（5）某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽（图中、……）槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的一同位置由静止释放。每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图所示。每次将B板向内侧平移距离d，是为了___________。
10【答案】 B C D 0.1 1.5 5 保持相邻痕迹点的水平距离大小相同
【详解】（1）[1]A．由于不需要测量力，则不需要弹簧秤，所以A错误；
B．实验需要描绘平抛运动的轨迹，则需要重锤线确定竖直方向，所以B正确；
C．由于不需要测量时间，则不需要打点计时器，所以D错误；
故选B。
（2）[2]AC．斜槽轨道不需要光滑，只需要小球每次从相同位置由静止释放，就可以保证小球具有相同的初速度，所以A错误；C正确；
B．斜槽轨道末端必须水平，才能保证小球做平抛运动，所以B错误；
D．将描出的点用平滑的曲线连接起来，所以D错误；
故选C。
（3）[3]小球在水平方向做匀速直线运动则有
[4]位移越大，测量的误差越小，则求得的水平速度，误差较小的是，所以D正确；ABC错误；
故选D。
（4）[5]设照相机的闪光频率对应的周期为T，则有
代入数据解得
[6]该小球做平抛运动的初速度为
[7]B点在竖直方向的速度为
从开始到B点所用时间为
抛出点距A点的竖直距离为
（5）［8平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，每次将B板向内侧平移距离d，是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。
