课时梯级训练(4) 实验：探究平抛运动的特点（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第二册（人教版2019）

课时梯级训练(4)　实验：探究平抛运动的特点 1．在研究平抛运动实验中，某同学只在竖直面板上记下了重垂线y的方向，但忘了记下平抛的初位置，在坐标纸上描出了一段曲线的轨迹，如图所示，现在曲线上取A、B两点量出它们到y轴的距离，AA′＝x1、BB′＝x2，以及AB的竖直距离h，用这些数据可以求得小球平抛时的初速度为(　　) A． B． C． D． A　解析：对A点x1＝v0t1、y＝gt，对B点x2＝v0t2、y＋h＝gt，联立可得v0＝，A正确。 2．(2023·浙江6月选考)在“探究平抛运动的特点”实验中： (1)用图1装置进行探究，下列说法正确的是________。 A．只能探究平抛运动水平分运动的特点 B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验 C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点 (2)用图2装置进行实验，下列说法正确的是________。 A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平 B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动 C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下 (3)用图3装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移动x，重复实验，挡板上留下点痕1、2、3、4。以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v0为________。 A．(x＋) B．(x＋) C．(3x－) D．(4x－) 答案：(1)B　(2)C　(3)D 解析：(1)题图1装置只能探究做平抛运动的物体在竖直方向的运动特点，不能探究水平方向的运动特点，通过改变小锤击打的力度控制小球抛出的初速度，以判断平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动，B正确。 (2)题图2装置中小球需每次从斜槽同一位置静止释放，以保证小球到达斜槽末端时速度相同，斜槽末端需水平，但不一定必须光滑，A错误，C正确；通过上下调节挡板N，不需要每次等间距移动挡板N，B错误。 (3)由平抛运动规律可知，钢球在竖直方向做自由落体运动，在水平方向做匀速直线运动，则在竖直方向上，y1＝gt2，在水平方向上，x－＝v0t，联立解得v0＝(x－)，A错误；在竖直方向上，由逐差法知y2－2y1＝gt2，在水平方向上，x－＝v0t，联立解得v0＝(x－)，B错误；在竖直方向上，y4＝gt′2，在水平方向上4x－＝v0t′，联立解得v0＝(4x－)，C错误，D正确。 3．某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乙所示(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乙中标出。 完成下列填空：(均保留2位有效数字) (1)小球运动到图乙中位置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)根据图乙中数据可得，当地重力加速度的大小为______m/s2。 答案：(1)1.0　2.0　(2)9.7 解析：(1)因小球水平方向做匀速直线运动，因此速度 v0＝＝ m/s＝1.0 m/s； 竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速度等于时间中点的瞬时速度求得 vy＝ m/s＝2.0 m/s。 (2)由竖直方向的自由落体运动可得 g＝， 代入数据可得g＝9.7 m/s2。 4．(2024·广东惠州高一检测)高中学生小明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4块完全相同的长方形和1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____(选填“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x1、x2、x3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x1∶x2∶x3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：x1＝10.0 cm，x2＝7.6 cm，x3＝6.4 cm，若已知每块长方形泡沫砖的厚度d＝10 cm，则可算出积木P每次从“高台”上飞出时的速度v0＝______m/s(保留2位有效数字，可能用到的近似，g取10 m/s2，≈1.41，≈1.73)。 答案：(1)甲　保证积木P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　(2)4　　　　(3)1.7 解析：(1)符合本实验要求的方式是甲，因为方式甲可以保证积木P从高台飞出时的初速度沿水平方向，在进行步骤c时，为了保证每一次抛出的速度相等，除了注意保持白纸和“高台”的相对位置不变，还应保证每次都将圆柱形积木P从三角形顶端同一位置由静止释放。 (2)标记“4”的落点水平位移最大，运动时间最长，根据h＝gt2，得t＝，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，根据初速度为零的匀变速运动相等位移内的时间比关系，结合水平方向x＝v0t，可得x1∶x2∶x3＝∶∶。 (3)设x1对应的运动时间为t1，竖直方向gt＝d，g(t0＋t1)2＝2d，联立解得t1＝0.059 s，则v0＝＝1.7 m/s。 5．在做研究平抛运动的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。 (1)为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出一些操作要求，将你认为正确选项前面的字母填在横线上：________； a．通过调节使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 (2)若用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长为L，小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度的计算式为v0＝________(用L、g表示)； (3)某同学通过实验对平抛运动进行研究，他在竖直墙上记录了抛物线轨迹的一部分，如图所示。O点不是抛出点，x轴沿水平方向，由图中所给的数据可求出平抛物体的初速度v0＝_______m/s，抛出点的坐标x＝_______m，y＝________m。(g取10 m/s2) 答案：(1)ace 　(2)2　(3)4　－0.80　－0.20 解析：(1)要保证小球做平抛运动，必须通过调节使斜槽的末端保持水平，故a正确；为保证小球做平抛运动的初速度相等，每次释放小球的位置必须相同，故b错误；为保证小球做平抛运动的初速度相等，每次必须由静止释放小球，故c正确；只要描出小球的位置即可，记录小球位置用的木条(或凹槽)每次不必严格地等距离下降，故d错误；为避免摩擦影响小球的运动轨迹，小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触，故e正确；将球的位置记录在纸上后，取下纸，应用平滑的曲线把各点连接起来，不是用直尺将点连成折线，故f错误。故选ace 。 (2)由题中图示可知，a、b、c、d 4个点间的水平位移均相等，为x＝2L，这4个点是等时间间隔点．在竖直方向上，相邻两点间的位移差Δy＝3L－2L＝2L－L＝L；由匀变速运动的推论Δy＝gt2，可得L＝gt2。在水平方向上，x＝2L＝v0t，解得v0＝2。 (3)根据Δy＝gT2，T＝0.1 s，则平抛运动的初速度v0＝＝4 m/s。A点在竖直方向上的分速度vAy＝＝3 m/s，平抛运动到A的时间t＝＝0.3 s，此时在水平方向上的位移为v0t＝1.2 m，在竖直方向上的位移为gt2＝0.45 m，所以抛出点的坐标x＝0.40 m－1.20 m＝－0.80 m，y＝0.25 m－0.45 m＝－0.20 m。 6．用如图甲所示装置研究平抛运动。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)下列说法正确的是________。 A．实验所用斜槽应尽量光滑 B．挡板高度等间距变化 C．画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来 D．斜槽轨道末端水平 (2)建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。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“球心”)对应白纸上的位置即为原点。 (3)若不建立坐标系，描绘出如图乙所示的轨迹，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y1和y2，则________(选填“大于”“等于”或“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)。 (4)在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是________________________________________________________________________。 答案：(1)D　(2)球心　(3)大于　x　(4)实验中需要确保钢球每次飞出的速度大小一定 解析：(1)由于钢球每次均从斜槽上同一位置静止释放，钢球克服摩擦力做功相同，即钢球飞出时的速度大小相等，可知实验所用斜槽不需要尽量光滑，A错误；实验中只需要描出钢球在白纸上留下的多个痕迹点，并不要求挡板高度等间距变化，B错误；画轨迹时应先舍去偏差较大的痕迹点，然后应把其他描出的点用平滑的曲线连接起来，C错误；为了确保钢球飞出的速度方向水平，斜槽轨道末端必须调至水平，D正确。 (2)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，即痕迹点对应钢球的球心在白纸上的投影点，取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为原点。 (3)钢球水平方向做匀速直线运动，由于AB和BC的水平间距相等且均为x，则钢球通过AB和BC的时间间隔相等，则有x＝v0T 在竖直方向上有y2－y1＝gT2 令钢球飞出点到B点的竖直分速度为vB，钢球从飞出到B点时间为t，则有 vB＝gt，y2＝vBT＋gT2 其中t>T 解得＝1－>1－＝ 根据上述可以解得v0＝x。 (4)为了描绘出钢球轨迹，实验中需要确保钢球每次飞出的速度大小一定，即在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是实验中需要确保钢球每次飞出的速度大小一定。 学科网（北京）股份有限公司 $$