备考2024届高考物理一轮复习分层练习第四章曲线运动实验五探究平抛运动的特点

这是一份备考2024届高考物理一轮复习分层练习第四章曲线运动实验五探究平抛运动的特点，共6页。试卷主要包含了[变考点，[变实验装置等内容，欢迎下载使用。
1.[2024江苏泰州中学校考]在“研究平抛运动”实验中：
（1）为描出钢球做平抛运动的轨迹，要将钢球在轨道上合适位置由静止释放，每次释放钢球的位置应 相同 （选填“相同”或“不同”）.
（2）图甲是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的 B .
A.球心B.球的上端C.球的下端

图甲 图乙
（3）图乙是利用实验装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是 C .
A.释放小球时初速度不为0
B.释放小球的初始位置不同
C.斜槽末端切线不水平
（4）图丙是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是 B .
图丙
（5）图丁为钢球运动轨迹上的三个点，图中背景方格的边长均为5cm，取g＝10m/s2，可得钢球做平抛运动的初速度v0＝ 1.5 m/s.（结果保留2位有效数字）
图丁
解析 （1）为描出钢球做平抛运动的轨迹，要将钢球在轨道上合适位置由静止释放，每次释放钢球的位置应相同.
（2）题干中指出用铅笔标注小球的最高点作为小球轨迹的记录点，所以坐标原点也应选球的最高点，即球的上端，故选B.
（3）由题图乙可知，小球出现斜抛，可判断实验操作错误的是斜槽末端切线不水平，故选C.
（4）要形成稳定的细水柱显示平抛运动轨迹，细管两端的压力差要恒定，应如B图所示安装，故选B.
（5）A到B、B到C的水平位移相同，故所用时间相同，设为T，水平方向可得3L＝v0T
竖直方向可得5L－3L＝gT2
联立解得v0＝9gL2＝1.5m/s.
2.频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段.在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置.某物理小组利用如图甲所示装置探究平抛运动的规律.他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点.根据平抛运动规律分析下列问题（g取10m/s2）.
（1）图乙中，频闪仪器A所拍摄的频闪照片为 （b） [选填“（a）”或“（b）”].
（2）测得图乙（a）中OP距离为45cm，（b）中OP距离为30cm，则小球做平抛运动的初速度大小应为 1 m/s，小球在P点速度大小应为 10 m/s.
解析 （1）小球做平抛运动时，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动，故频闪仪器A所拍摄的频闪照片为（b）.
（2）竖直方向上，由y＝12gt2得t＝2yg＝0.3s，水平方向上v0＝xt＝1m/s，小球在P点的竖直分速度vy＝gt＝3m/s，则vP＝v02＋vy2＝10m/s.
3.[2023广东汕头二模]小晗同学利用图甲所示装置研究平抛运动的规律.实验时该同学使用手机连拍功能对做平抛运动的小球进行拍摄，并将拍摄到的图片进行叠加处理在一张照片中，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10cm.

图甲 图乙 图丙
（1）下列说法正确的是 BC .
A.实验所用斜槽应尽量光滑
B.斜槽末端必须保持水平
C.实验所用斜槽不需要尽量光滑
（2）图乙是实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，图线①所对应的小球在斜槽上释放的位置 较高 （选填“较低”或“较高”）.
（3）某次拍摄后得到的照片如图丙所示，小球做平抛运动的初速度大小v0＝ 2.8 m/s（结果保留2位有效数字，重力加速度g＝10m/s2）.
（4）该小组利用实验数据绘制“y－x2”图线，发现是一条过原点的直线，由此判断小球下落的轨迹是抛物线，并求得斜率k，当地的重力加速度表达式为g＝ 2kv02 （用斜率k和初速度v0表示）.
解析 （1）实验所用斜槽不需要尽量光滑，A错误，C正确；斜槽末端必须保持水平，使小球做平抛运动，B正确.
（2）由题图乙可知两次小球做平抛运动下落相同高度时，图线①水平位移更大，故图线①所对应的小球初速度较大，在斜槽上由静止释放的位置较高.
（3）由题图丙可得，小球在竖直方向相邻位移之差Δy＝2×10cm＝0.2 m，根据匀变速直线运动特点可得T＝Δyg＝210 s，由水平位移Δx＝v0T，可得v0＝ΔxT＝4×10×10－20.1×2m/s＝
【敲黑板】频闪相机两次曝光的时间间隔相等，又竖直方向的分运动为自由落体运动，因此在竖直方向上相邻相等时间间隔内的位移差为定值，即Δy＝gT2.
22m/s≈2.8m/s.
（4）根据平抛运动规律可得x＝v0t，y＝12gt2，联立可得y＝12g（xv0）2＝g2v02x2，可知y－x2图像的斜率为k＝g2v02，当地的重力加速度表达式为g＝2kv02.
4.[变考点：求抛出点的坐标]物理探究小组用图甲所示装置研究小钢球的平抛运动.回答下列问题：
（1）下列实验条件必须满足的是 BC .
A.斜槽轨道光滑
B.保证小钢球每次从斜槽轨道上同一位置无初速度释放
C.必须调节斜槽轨道末端水平
D.每次调节水平挡板的高度相同
图甲 图乙
（2）小组同学在坐标纸上建立了坐标轴，记录了小钢球运动通过的三个位置A、B、C，如图乙所示，重力加速度取g＝10m/s2，则小钢球做平抛运动的初速度大小为 1.5 m/s（保留2位有效数字）.
（3）根据图乙可知，小钢球做平抛运动抛出点O'的坐标是 （－5cm，5cm） .
解析 （1）实验研究小钢球的平抛运动，初速度必须沿水平方向，所以斜槽轨道末端必须调节水平，故C正确；实验时每次小钢球飞出时的初速度必须相同，所以应保证小钢球每次从斜槽轨道上同一位置无初速度释放，B正确；斜槽轨道光滑与否和挡板MN每次调节高度相同与否，对实验没有影响，故A、D错误.
（2）由题图乙可知AB、BC间水平距离相等，为L＝15cm＝0.15m，说明相邻时间间隔相同，设为T，在竖直方向小钢球做自由落体运动，AB、BC间高度的差值为Δh＝10cm＝0.1m，由Δh＝gT2，L＝v0T，联立解得v0＝1.5m/s.
（3）由题图乙可知在竖直方向hAB∶hBC＝3∶5，根据竖直方向自由落体运动的规律，可得抛出点O'到A点的水平距离为15cm，竖直距离为5cm，故抛出点O'的坐标为（－5cm，5cm）.
5.[变实验装置：利用直管和圆弧面研究问题/2024江苏宿迁开学考试]在探究平抛运动规律实验中，利用一管口直径略大于小球直径的直管来确定平抛小球的落点及速度方向（只有当小球速度方向沿直管方向才能飞入管中），重力加速度为g.
实验一：如图（a）所示，一倾角为θ的斜面AB，A点为斜面最低点，直管保持与斜面垂直，管口与斜面在同一竖直面内，平抛运动实验轨道抛出口位于A点正上方某处.为让小球能够落入直管，可以根据需要沿斜面移动直管.
（1）以下是实验中的一些做法，合理的是 B .
A.斜槽轨道必须光滑
B.安装斜槽轨道，使其末端保持水平
C.调整轨道角度平衡摩擦力
D.选择密度更小的小球
（2）某次平抛运动中，直管移动至P点时小球恰好可以落入其中，测量出P点至A点距离为L，根据以上数据可以计算出小球此次平抛运动在空中的飞行时间t＝ Lcsθgtanθ ，初速度v0＝ Lgsinθ （用L、g、θ表示）.
实验二：如图（b）所示，一半径为R的四分之一圆弧面AB，圆心为O，OA竖直，直管保持沿圆弧面的半径方向，管口在圆弧面内，直管可以根据需要沿圆弧面移动.平抛运动实验轨道抛出口位于OA线上，可以上下移动，抛出口至O点的距离为h.
（3）上下移动轨道，多次重复实验，记录每次实验抛出口至O点的距离，不断调节直管位置以及小球平抛初速度，让小球能够落入直管.为提高小球能够落入直管的成功率及实验的可操作性，可以按如下步骤进行：首先确定能够落入直管的小球在圆弧面上的落点，当h确定时，理论上小球在圆弧面上的落点位置是 确定的 （填“确定的”或“不确定的”），再调节小球释放位置，让小球获得合适的平抛初速度运动至该位置即可落入直管.上述条件的平抛运动初速度满足v02＝ R2－4h22hg （用h、R、g表示）.
解析 （1）斜槽轨道不需要光滑也不需要平衡摩擦力，只要抛出时每次初速度相同即可，故A、C错误；为保证小球做的是平抛运动，抛出时初速度要水平，则安装斜槽轨道，使其末端应保持水平，故B正确；为减小空气阻力的影响，应选择密度更大的小球，故D错误.
（2）小球从抛出到运动至P点的过程，根据平抛运动规律有tanθ＝v0vy＝v0gt，Lcsθ＝v0t，解得t＝Lcsθgtanθ，v0＝Lgsinθ.
（3）h一定时，设落点与O点连线与水平方向夹角为α，则有tanα＝h＋12gt2v0t，落点处速度的反向延长线过O点，则tanα＝gtv0，联立解得h＝12gt2，h一定，则用时一定，竖直方向下落高度一定，则落点位置是确定的；由以上分析可知，竖直方向下落高度为h＝12gt2，用时t＝2hg，根据几何关系有（h＋h）2＋（v0t）2＝R2，解得v02＝R2－4h22hg.