21 实验(五) 探究平抛运动的特点(Word练习)-【正禾一本通】2025年高考物理高三一轮总复习高效讲义

[实验(五)]　探究平抛运动的特点 ________________________________________________________________________ (每题10分，建议用时：50分钟) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(10分)(2022·浙江1月高考)在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标(x0，y0)，重力加速度为g。 (1)下列说法正确的是________。(3分) A．实验所用斜槽应尽量光滑 B．画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来 C．求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据 (2)根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0＝________。(3分) A． B． C．x0 D．x0 (3)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________________________________________________________________________。(4分) 解析：(1)只要保证小球每次从同一位置静止释放，到达斜槽末端的速度大小都相同，与实验所用斜槽是否光滑无关，A错误；画轨迹时应舍去误差较大的点，把误差小的点用平滑的曲线连接起来，B错误；求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据，便于减小读数产生的偶然误差，C正确。 (2)坐标原点O为抛出点，由平抛运动规律有x0＝v0t，y0＝gt2，联立解得平抛运动的初速度为v0＝x0，故选D。 (3)小球多次从斜槽上同一位置由静止释放是为了保证到达斜槽末端的速度大小都相同，从而能确保多次运动的轨迹相同。 答案：(1)C　(2)D　(3)确保多次运动的轨迹相同 2．(10分)小球A由斜槽滚下，从桌边水平抛出，当它恰好离开桌边缘时小球B从同样高度处自由下落，频闪照相仪拍到了两球下落过程中四个时刻的位置，如图所示。已知背景的方格纸每小格的边长为2.4 cm，频闪照相仪的闪光频率为10 Hz。 (1)比较A、B两球下落的频闪轨迹，可知A球做平抛运动时，在竖直方向上做__________运动。(3分) (2)利用这张照片可求出当地的重力加速度大小为__________m/s2。(3分) (3)A球离开桌边时的速度大小为__________m/s。(4分) 解析：(1)A球做平抛运动的同时B球做自由落体，两球竖直方向的位移始终相同，则可知A球做平抛运动时竖直分运动为自由落体运动。 (2)B球做自由落体运动，根据频闪照片可知，连续相等时间间隔内得位移差 4L＝gT2 而T＝＝ s＝0.1 s L＝2.4 cm＝2.4×10－2 m 解得g＝9.6 m/s2。 (3)根据频闪照片可知，小球A在水平方向任意一个周期内的位移均为3L，小球A在水平方向做匀速直线运动，则有3L＝v0T，解得v0＝0.72 m/s。 答案：(1)自由落体　(2)9.6　(3)0.72 3．(10分)在“探究平抛运动的特点”实验中，两个实验小组选用不同的仪器进行实验。 (1)第一组采用了图1所示的装置，实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开，他观察到的现象是：小球A、B同时落地；让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间将____________(填“变长”“不变”或“变短”)；(2分) (2)第二组采用了图2所示的装置，实验操作是：让小球多次沿同一轨道运动，描绘出小球平抛运动的轨迹。 ①请在图3中选择最合理的抛出点位置________(填“甲”“乙”或“丙”)；(2分) ②在实验过程中，本小组将白纸换成方格纸，每个小方格边长L＝4.9 cm。实验记录了小球在运动中的4个点迹，如图4所示，则tAB________tBC(填“＜”“＝”或“>”)，该小球做平抛运动的初速度为____________m/s，g取9.8 m/s2。(结果保留三位有效数字)(6分) 解析：(1)用较大的力敲击弹性金属片，A球做平抛运动的水平初速度增大，但下落高度不变，根据t＝可知，A球在空中运动的时间将不变。 (2)①小球通过挤压复写纸在白纸上留下的痕迹点是小球球心在白纸上的投影点，而小球的抛出点(即坐标原点)与其他痕迹点理论上都应在一条抛物线上，所以确定抛出点位置时，小球球心应恰好在斜槽末端正上方，故最合理的抛出点位置为乙。 ②由图4可知，A、B间水平距离大于B、C间水平距离，根据t＝可知tAB>tAC，由图4可知，A、C间水平距离等于C、D间水平距离，则小球从A到C与从C到D的时间相等，设为T，根据运动学规律有Δy＝yCD－yAC＝2L＝gT2，解得T＝＝0.1 s，该小球做平抛运动的初速度为v0＝＝1.96 m/s。 答案：(1)不变　(2)①乙　②>　1.96 4．(10分)(2023·浙江6月高考)(1)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______。(3分) 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______。(3分) 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—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，挡板上留下点迹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________。(4分) A．(x＋) B．(x＋) C．(3x－) D．(4x－) 解析：(1)用题图1装置可以探究平抛运动竖直方向做自由落体运动的特点，需要改变小锤击打的力度，多次重复实验，B正确，A、C错误。 (2)用题图2装置进行实验，斜槽轨道M没必要光滑，但末端必须水平，A错误；上下调节挡板N时，不需要等间距移动，B错误；小钢球必须从斜槽M上同一位置静止滚下，C正确。 (3)用题图3装置进行实验，根据平抛运动规律有x－＝v0T，y1＝gT2，联立解得v0＝(x－) ，A、B错误；根据平抛运动规律有4x－＝v0·4T，y4＝g(4T)2，联立解得v0＝(4x－) ，C错误，D正确。 答案：(1)B　(2)C　(3)D 5．(10分)在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图甲所示的装置。实验操作的主要步骤如下： A．在一块平木板上钉上复写纸和白纸，然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直 B．使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A C．将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B D．将木板再水平向右平移同样距离x，使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，再在白纸上得到痕迹C 若测得A、B间距离为y1，B、C间距离为y2，已知当地的重力加速度为g。 (1)关于该实验，下列说法中正确的是________。(3分) A．斜槽轨道必须尽可能光滑 B．每次释放小球的位置可以不同 C．每次小球均需由静止释放 D．小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h后再由机械能守恒定律求出 (2)根据上述直接测量的物理量和已知的物理量可以得到小球平抛的初速度大小的表达式v0＝____________。(用题中所给字母表示)(3分) (3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2，令Δy＝y2－y1，并描绘出了如图乙所示的Δy ­x2图像。若已知图线的斜率为k，则小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为__________。(用题中所给字母表示)(4分) 解析：(1)为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但必须是水平的，故A错误；为保证抛出的初速度相同，应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止释放，故B错误，C正确；因为存在摩擦力，故不满足机械能守恒定律，故D错误。 (2)竖直方向根据自由落体运动规律可得y2－y1＝gT2，水平方向由匀速直线运动得x＝v0T，联立解得v0＝＝x。 (3) 因为Δy＝y2－y1＝gT2，x＝v0T，联立可得Δy＝x2，所以Δy­x2图像的斜率为k＝，解得v0＝。 答案：(1)C　(2)x　(3)v0＝ 6．(10分)(2023·北京高考)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。 (1)关于实验，下列做法正确的是________(填选项前的字母)。(2分) A．选择体积小、质量大的小球 B．借助重垂线确定竖直方向 C．先抛出小球，再打开频闪仪 D．水平抛出小球 (2)图1所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做________运动；根据________________________________________________________________________， 可判断A球水平方向做匀速直线运动。(4分) 　 (3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出，用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小球在空中运动的________个位置。(2分) (4)某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系xOy，并测量出另外两个位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)，如图3所示。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为________。(2分) 解析：(1)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确；本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确；实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。 (2)根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动。 (3)小球从高度为0.8 m桌面水平抛出，根据运动学公式h＝gt2，解得t＝0.4 s，频闪仪每秒频闪25次，频闪周期T＝ s＝0.04 s，故最多可以得到小球在空中运动个数＝10。 (4)如图x0、y0分别表示水平和竖直方向，设重垂线方向y0与y轴间的夹角为θ，建立坐标系存在两种情况，如图所示， 当建立的坐标系为x1、y1时，则x轴方向做匀减速运动，根据逐差法计算加速度有x2－2x1＝－g sin θ(2T)2，y轴方向有y2－2y1＝g cos θ(2T)2，联立解得tan θ＝；当建立的坐标系为x2、y2时，则x轴方向做匀加速运动，根据逐差法计算加速度有x2－2x1＝g sin θ(2T)2，y轴方向有y2－2y1＝g cos θ(2T)2，联立解得tan θ＝，综上所述，重垂线方向与y轴间夹角的正切值tan θ＝。 答案：(1)ABD　(2)自由落体　A球相邻两位置水平距离相等　(3)10　(4) 学科网（北京）股份有限公司 $$