考点13 实验：探究平抛运动的特点 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-【金版教程】2024高考物理一轮总复习首选用卷全书word（新教材）

金版教程 高考总复习首选用卷 物理 考点13　实验：探究平抛运动的特点　 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系 题组一　基础与经典题 1．某兴趣小组探究平抛运动的特点，尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。 (1)在如图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被释放，自由下落，由两球撞击水平地面的声音判断出两球同时落地。改变装置的高度和小锤击打的力度，多次实验，发现两球仍然同时落地，由此可初步得出结论：平抛运动的________。 A．竖直分运动是自由落体运动 B．水平分运动是匀速直线运动 C．竖直分运动是自由落体运动，水平分运动是匀速直线运动 (2)用如图乙所示的装置进行定量研究。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点水平飞出，由于挡板MN靠近硬板一侧较低，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，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 取平抛运动的起始点为坐标原点O，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。下列操作正确的有________。 A．钢球静置于Q点时，取钢球的球心作为坐标原点O B．确定y轴时，需要y轴与重垂线平行 C．可以将重垂线当作尺直接画出y轴 D．应该先确定x轴，再确定y轴 (3)如图丙所示，根据印迹描出平抛运动的轨迹。在轨迹上取C、D两点，O、C与C、D的水平间距相等且均为x，测得O、C与C、D的竖直间距分别是y1和y2；重复上述步骤，测得多组数据，计算发现始终满足＝________，由此可初步得出结论：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，算出钢球平抛的初速度大小为________(结果用x、y1、当地重力加速度g表示)。 答案　(1)A　(2)AB　(3)　x 解析　(1)A球水平抛出，同时B球被释放，自由下落，多次实验，由两球撞击水平地面的声音判断出两球始终同时落地，说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，而不能由此得出平抛运动的水平分运动的性质，故A正确。 (2)通过挤压复写纸在白纸上留下的印迹对应钢球运动时球心所在的位置，则钢球静置于Q点时，取钢球的球心作为坐标原点O，A正确；确定y轴时，需要y轴与重垂线平行，B正确；由于重垂线是柔软的且可以摆动，不可以将重垂线当作尺直接画出y轴，C错误；本实验先通过重垂线确定y轴，而后过坐标原点O作y轴的垂线以确定x轴，故应先确定y轴再确定x轴，D错误。 (3)在轨迹上取C、D两点，O、C与C、D的水平间距相等且均为x，由于平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，则从O点到C点与从C点到D点所用时间相等，设均为t，平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，则由匀变速直线运动规律可得y1＝gt2，y2＝g(2t)2－gt2＝gt2，则＝。由平抛运动规律可得x＝v0t，y1＝gt2，联立可得v0＝x。 2．向心力演示器如图所示，用来探究小球做圆周运动所需向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，匀速转动手柄使长槽和短槽分别随变速塔轮1和变速塔轮2匀速转动，槽内的钢球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的压力提供钢球做匀速圆周运动的向心力，钢球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个钢球所受向心力的比值。如图是探究过程中某次实验时装置的状态。 (1)在研究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r之间的关系时我们主要用到了物理学中的________。 A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．演绎法 (2)如图中所示，若两个钢球质量和运动半径相等，则是在研究向心力的大小F与________的关系。 A．钢球质量m　　　　B．运动半径r　　　　C．角速度ω (3)如图中所示，若两个钢球质量和运动半径相等，图中标尺上红白相间的等分格显示出钢球1和钢球2所受向心力的比值为1∶4，则与皮带连接的变速塔轮1和变速塔轮2的半径之比为________。 A．2∶1 B．1∶2 C．4∶1 D．1∶4 答案　(1)C　(2)C　(3)A 解析　(1)在研究向心力F的大小与质量m、角速度ω和半径r多个因素之间的关系时，我们主要用到了物理学中的控制变量法，故C正确。 (2)题图所示实验中，若两个钢球质量和运动半径相等，根据控制变量法可知，是在研究向心力的大小F与角速度ω的关系，故C正确。 (3)钢球1和钢球2所受向心力的比值为1∶4，质量和做圆周运动的半径相等，根据F＝mω2r可知两球角速度之比为1∶2；由于钢球与塔轮同轴转动，可知变速塔轮1与变速塔轮2的角速度之比为1∶2；皮带连接的变速塔轮1和变速塔轮2的轮缘线速度大小相等，根据v＝ωr，可知，