备战2025届新高考物理一轮总复习练习第4章抛体运动与圆周运动第5讲实验探究平抛运动的特点

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(1)图甲中用小锤击打弹性金属片C,球A沿水平方向飞出后做平抛运动,与此同时,与球A相同的球B被松开做自由落体运动;改变实验装置离地面的高度,多次实验,两球总是 (选填“同时”“A先B后”或“B先A后”)落地,这说明做平抛运动的球A在竖直方向上做 (选填“自由落体运动”或“竖直下抛运动”)。
(2)图乙中,M、N是两个完全相同的轨道,轨道末端都与水平方向相切,其中,轨道N的末端与光滑水平面相切,轨道M通过支架固定在轨道N的正上方。将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,同时切断电源,使两球以相同的初速度v0同时通过轨道M、N的末端,发现两球 (选填“同时”或“先后”)到达E处,发生碰撞。改变轨道M在轨道N上方的高度,再进行实验,结果两球也总是发生碰撞,这说明做平抛运动的P球在水平方向上的运动情况与Q球 (选填“相同”或“不同”),为 (选填“匀速直线运动”或“匀加速直线运动”)。
2.(2024广东东莞模拟)用如图甲所示的装置探究平抛运动的特点,M为斜槽,N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。
(1)除了硬背板(含固定支架)、小球、斜槽M、铅垂线、倾斜的挡板N、铅笔、图钉、白纸、复写纸之外,下列器材中还需要的是 。
A.秒表 B.刻度尺 C.天平 D.弹簧测力计
(2)本实验需要选择合适的点作为坐标原点O,建立直角坐标系,下面4幅图中,原点选择正确的是 。
(3)实验中得到的轨迹如图乙所示,其中O点为平抛运动的起点,重力加速度g取9.8 m/s2,根据图中给出的数据可得钢球做平抛运动的初速度v0= m/s。
3.(2024广东高三开学考试)用如图甲所示装置研究平抛运动,将光电门①安装在斜槽轨道末端Q点,利用螺旋测微器测量钢球的直径为d=10.382 mm,背景为方格的硬板竖直固定,钢球从P点滑下后从Q点水平飞出,如图乙所示。反复调节光电门②的位置,在M点时钢球恰好能通过,分别记录下钢球通过两个光电门的时间及从光电门①运动到光电门②所用的时间。
(1)钢球做平抛运动的初速度为 m/s(保留3位有效数字)。
(2)钢球通过光电门②时竖直方向的速度为vy= m/s,加速度为a= m/s2。(均保留3位有效数字)
图(a)
4.(2021全国乙卷)某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄,频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光,某次拍摄后得到的照片如图(b)所示
图(b)
(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。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5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。
完成下列填空:(结果均保留2位有效数字)
(1)小球运动到图(b)中位置A时,其速度的水平分量大小为 m/s,竖直分量大小为 m/s。
(2)根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为 m/s2。
5.(2024广东广州一模)用如图甲所示的装置研究平抛运动,请完成相关实验内容。
甲
乙
(1)将斜轨固定在桌面上,反复调节斜轨末端成水平;
(2)在末端出口处安装光电门并调节其到适当位置。将贴有坐标纸的木板紧靠在斜轨出口处竖直放置,并在坐标纸上将出口处标为O点,过O点作水平线为x轴、竖直线为y轴;
(3)用螺旋测微器测量小球的直径d,读数如图乙所示,则d= mm;
(4)从斜轨上释放小球,用每隔 s曝光一次的频闪照相机正对着木板照相;
(5)从数字计时器读得小球通过光电门的遮光时间为6.2×10-3 s,则小球通过光电门时的瞬时速度为v1= m/s(保留2位有效数字);
(6)根据频闪照片中记录的信息,在图甲的坐标纸上标出小球离开斜轨后的5个连续位置A、B、C、D、E,读得A、E两位置的水平距离为12.00 cm,由此可求得小球做平抛运动的初速度为v2= m/s(保留2位有效数字);
(7)多次实验发现总是有v1>v2,导致这个结果的可能原因有 。(填选项前的字母)
A.小球在轨道斜面上受摩擦阻力
B.小球平抛运动过程受空气阻力
C.小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行
D.小球经过光电门时,球心与光线不在同一高度
6.(2024广东韶关南雄中学模拟)图甲为某种管口出水方向可调的瓶装水电动取水器,某实验小组利用平抛运动规律测量该取水器取水时的流量(单位时间内流出水的体积)。实验方案如下:
乙
甲
丙
(1)利用游标卡尺测量取水器出水管内径d,如图乙所示,应利用游标卡尺 部分进行测量(选填图乙中的字母代号),读数为 mm;
(2)调节取水器管口方向,使取水器启动后水从管口O点水平射出,如图丙所示;
(3)待水在空中形成稳定的弯曲水柱后,紧贴水柱后方放置白底方格板(已知每个正方格的边长为L),并利用手机正对水柱拍摄照片,取水柱上的三个点a、b、c,如图丙所示;
(4)已知当地重力加速度大小为g,根据图丙可以计算水从管口O点喷出时的初速度v= (用L、g表示);
(5)由上述信息可计算得出取水器取水时的流量Q= (用L、g、d表示)。
参考答案
第5讲 实验:探究平抛运动的特点
1.答案 (1)同时 自由落体运动
(2)同时 相同 匀速直线运动
解析 (1)与球A相同的球B被松开做自由落体运动,改变实验装置离地面的高度,多次实验,两球总是同时落地,说明做平抛运动的球A在竖直方向上的运动情况与球B相同,为自由落体运动。
(2)两球以相同的初速度v0同时通过轨道M、N的末端,发现两球同时到达E处,发生碰撞。改变轨道M在轨道N上方的高度,再进行实验,结果两球也总是发生碰撞,这说明做平抛运动的P球在水平方向上的运动情况与Q球相同,为匀速直线运动。
2.答案(1)B (2)C (3)1.6
解析 (1)本实验需要刻度尺测量长度,不需要秒表,时间由位移计算,不需要天平和弹簧测力计测量质量和重力。故选B。
(2)小球从斜槽末端位置开始做平抛运动,所以平抛运动的初位置为小球在斜槽末端球心的投影点。故选C。
(3)根据y=gt2得小球平抛运动的时间为t=s=0.2s,则小球平抛运动的初速度为v0=m/s=1.6m/s。
3.答案(1)0.998 (2)2.03 9.76
解析 (1)根据光电门的工作原理得v0=,解得初速度为v0=0.998m/s。
(2)根据光电门的工作原理得钢球通过光电门②的速度v2==2.26m/s,则竖直方向的速度vy==2.03m/s。由vy=at,得加速度a==9.76m/s2。
4.答案 (1)1.0 2.0 (2)9.7
解析 本题考查利用平抛运动测量当地的重力加速度,意在考查实验能力。
(1)当小球落到A处时,在水平方向上,vAx=m/s=1.0m/s;在竖直方向上,根据中间时刻的瞬时速度等于整段的平均速度得vAy=m/s=2.0m/s。
(2)设竖直方向的位移依次为y1、y2、y3、y4,根据逐差法得g==9.7m/s2。
5.答案(3)6.200 (5)1.0 (6)0.90
(7)BCD
解析 (3)小球的直径d=6mm+20.0×0.01mm=6.200mm。
(5)小球通过光电门时的瞬时速度为v1=m/s=1.0m/s。
(6)相邻两点间的距离和时间间隔分别为3.00cm、s,所以小球做平抛运动的初速度为v2==0.90m/s。
(7)轨道斜面的作用是使小球获得一个水平初速度,小球在轨道斜面上受摩擦阻力并不影响v2的大小,故A不符合题意;小球平抛运动过程受空气阻力,使得小球水平方向做减速运动,水平位移偏小,v2值偏小,故B符合题意;小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行,可能会造成小球运动过程中在坐标纸上的水平投影位移偏小,v2偏小,故C符合题意;小球经过光电门时,球心与光线不在同一高度,会造成遮光时间变短,则造成v1偏大,故D符合题意。
6.答案(1)A 5.5
(4)
(5)
解析 (1)测量取水器出水管内径,使用游标卡尺内测量爪测量,故选A部分测量。游标卡尺读数是主尺读数加上游标尺的读数,由图可读出为d=5mm+5×0.1mm=5.5mm。
(4)根据水柱上的三个点a、b、c水平距离相等,可知每两个点间的时间间隔相等,根据逐差法Δx=aT2可知时间间隔为T=,故水从管口O点喷出时的初速度v=。
(5)取水器取水时的流量Q=vS=。通过光电门①的时间
通过光电门②的时间
光电门①运动到光电门②所用的时间
t1=0.010 4 s
t2=0.004 6 s
t=0.208 0 s