5.3 实验：探究平抛运动的特点（分层作业）-【上好课】高一物理同步高效课堂（人教版2019必修第二册）

第3节 实验：探究平抛运动的特点 1、 频闪照相 1．在“探究小球做平抛运动的特点”的实验中。 （1）如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向做 ；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，轨道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明平抛运动在水平方向做 。 （2）该同学用频闪照相机拍摄到如图所示的小球平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，已知照相机每隔0.1s曝光一次，则照片中小方格的边长 cm，小球平抛初速度 m/s（当地重力加速度大小）。 【答案】 自由落体运动 匀速直线运动 5 1.5 【详解】（1）[1]实验中，观察到两球同时落地，说明两球在竖直方向具有相同的运动，而A球做自由落体运动，所以说明平抛运动在竖直方向做自由落体运动； [2]观察到球1落到水平板上并击中球2，说明两球在水平方向具有相同的运动，而球2在水平轨道做匀速直线运动，所以说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。 （2）[3]设照相机每隔时间曝光一次，竖直方向有可得照片中小方格的边长为 [4]水平方向有可得小球平抛初速度为 2、 描迹法 2．某同学做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）下列说法中正确的是 A．该实验轨道必须尽量光滑，以减小摩擦 B．每次都要将小球从轨道同一位置无初速释放 C．小球应贴紧白纸运动以减小误差 D．挡板高度必须等间距变化 （2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。在确定y轴时 （选填“需要”或者“不需要”）y轴与重垂线平行。 （3）在正确操作的实验中，用光滑曲线拟合了平抛轨迹如图乙所示，A、B、C、D为轨迹中的四个位置，则从A到B与从B到C过程所用的时间应满足 （填“”、“”或“”）。 【答案】 B 需要 > 【详解】（1）[1]AB．该实验是通过多次释放小球在白纸上留下痕迹描绘平抛运动的轨迹，故只要将小球每次从同一位置无初速静止释放，离开斜槽末端的速度就相同，轨迹就为同一轨迹，所以轨道无需光滑。故A错误；B正确； C．小球应贴紧白纸运动会增大误差。故C错误； D．挡板高度无需等间距变化。故D错误。 故选B。 （2）[2]小球在竖直方向做自由落体运动，所以y轴需要与重垂线平行。 （3）[3]小球在水平方向做匀速运动，A到B的水平距离大于B到C的水平距离，则从A到B与B到C过程所用的时间关系为tAB> tBC。 3．研究小球平抛运动的性质实验过程中，用如图所示的装置。 （1）该实验装置中，关于DIS传感器作用的叙述，以下说法正确的是 A．光电门传感器的作用是测量小球的直径 B．光电门传感器的作用是测量小球的速度 C．安置在底板上的碰撞传感器的作用是测量小球的水平位移 D．安置在底板上的碰撞传感器的作用是测量小球的平抛时间 （2）如图所示，利用数码相机的连拍功能记下了做平抛运动的小球的三个位置A、B和C。闪光间隔时间为。在实验中用光电门传感器测出小球抛出时的初速0.492m/s。则该地的重力加速度为 m/s2。（已知背景方格纸均为正方格） 【答案】 BD 9.84m/s2 【详解】（1）[1]AB．挡光片通过光电门平均速度代替滑块通过光电门的瞬时速度，所以光电门传感器的作用是测量小球的速度，故A错误，B正确； CD．小球离开轨道时安置在底板上的碰撞传感器开始计时，到达底板发生碰撞计时结束，所以可以用来测时间，故C错误，D正确；故选BD。 （2）[2]水平方向有所以每格方格纸的边长为根据得。 4．某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽（图中、），槽间距离均为。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向内侧平移距离。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图所示。 （1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽 。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了 。 （2）每次将B板向内侧平移距离，是为了 。 （3）在图中绘出小球做平抛运动的轨迹 。 【答案】 末端水平 保持小球水平抛出的初速度相同 保持相邻痕迹点的水平距离大小相同 【详解】（1）[1][2]平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保持小球水平抛出的初速度相同。 （2）[3]每次将B板向内侧平移距离，是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同。 （3）[4]将图中各点用平滑的曲线相连，做出平抛运动的轨迹如图所示 5．如图为研究平抛运动的实验装置，在实验过程中A球在斜槽末端水平抛出时撞开轻质接触式开关（未画出），被电磁铁吸住的B球同时在等高位置自由下落，借助频闪相机记录两个小球下落过程中的位置。 请回答下列问题： （1）频闪相机记录A、B两球在下落过程中不同时刻的位置，关于该实验的原理或现象，下列说法正确的是 ； A．该实验用比较的方法来探究A球在竖直方向上的分运动规律 B．该实验用测量的方法来探究A球在竖直方向上的分运动规律 C．从实验现象中可以得出A球在竖直方向上的分运动是自由落体运动 D．从实验现象中可以得出A球在竖直方向上的分运动是匀速直线运动 （2）根据两小球各自的运动特点，判断两小球在到达水平槽之前是否发生了碰撞？ （填“是”或“否”）； （3）利用频闪相片研究A球的平抛运动，将坐标原点设在球A0所在的球心位置，建立以水平向右为x轴，竖直向下为y轴的坐标系，测量并记录A1的坐标为（x1，y1），A2的坐标为（x2，y2），若小球A在水平方向上做匀速直线运动，则x1和x2的数值关系应为 。利用得到的数据可以计算出频闪周期T＝ 。（已知当地重力加速度为g，结果用x1、y1、y2表示） 【答案】 AC 是 x2＝2x1 【详解】(1)[1]A球做平抛运动，B球做自由落体运动；将球A的运动沿水平方向和竖直方向正交分解，在下落过程中发现A、B两个小球下落的高度总是相等，即A球的竖直分运动与B球完全相同，说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。故AC正确，BD错误。故选AC。 (2)[2]B球做自由落体运动，根据相机记录的图像可知，B球在到达B3位置时偏离了原来的竖直方向，说明在该时刻前两小球已发生碰撞，故两小球在到达水平槽之前已发生了碰撞。 (3)[3]因为频闪时间相同，小球A在水平方向做的是匀速直线运动，则相等的时间内位移相等，则x1和x2的数值关系应为x2＝2x1 [4]在竖直方向上Δy＝gT2＝（y2－y1）－y1则有。 6．下图是某小组进行“研究物体平抛运动规律”的实验装置；每次将小球从圆弧轨道释放。通过调节铁架台上挡板的高度，小球与挡板相撞，记录撞击使小球在挡板上留下的痕迹点。 （1）以下是实验过程中的些做法，其中合理的是 。 A．每次小球释放的初始位置可任意选择 B．安装轨道时，使其末端保持水平 C．当铁架台挡板倾斜时，不会导致小球平抛运动轨迹点出现误差 D．描绘轨迹图时以轨道与木板的等高点作为小球平抛运动的起点高度 （2）以小球离开轨道开始平抛运动位置为坐标原点，竖直向下为y轴正方向，水平向右为x轴正方向，小球平抛初速度为，重力加速度为g。理论上，y关于x的函数为 。（用、g表示） （3）如装置图所示，当挡板从轨道底端等高位置O开始，每次向下调节相同高度至A、B、C、D位置，挡板上的撞击点如下图中1、2、3、4所示，其中位置A对应下图中的 （1、2、3、4）；间距 （结果可用根号表示）。 【答案】 BC 4 【详解】（1）[1]A．每次小球释放的初始位置不可任意选择，要确保每次平抛运动的初速度相同，A项错误； B．轨道末端水平，保证小球做平抛运动，B项正确； C．即使挡板倾斜，撞击点依然是小球平抛运动的轨迹上的点，不会偏离小球的运动轨迹，C项正确； D．小球看成质点时，质点位于小球的几何中心，不是小球和轨道接触的位置，因此不能以轨道末端高度作为小球平抛运动的起点高度，准确的平抛起点应该是小球的中心，D项错误。 （2）[2]小球做平抛运动：竖直方向水平方向联立解得 （3）[3][4]竖直方向水平方向相同高度变化对应的时间逐渐减小，所以水平距离逐渐减小，A点应位于图中纸带右侧，因此为4位置。设平抛起点为O，在竖直方向上连续相等位移所用时间之比为则可得。 7．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，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板。从同一位置重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点，即可描出钢球做平抛运动的轨迹，进而研究平抛运动的规律。 根据实验原理，回答以下问题： (1)实验前，应将小球放在斜槽末端，根据小球的运动情况，调节支脚螺丝A、B，使斜槽末端 。 (2)研究平抛运动，下面做法可以减小实验误差的是 。 A．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦 B．使用密度小、体积大的钢球 C．实验时，让小球每次都从同一位置由静止开始滚下 D．尽可能记录多个痕迹点 (3)该实验中，在取下白纸前，应确定坐标原点O的位置，并建立直角坐标系，下列图像中坐标原点和坐标系的建立正确的是 ，建立坐标轴时应该先确定 轴（填“x”或“y”） A．    B．   C． (4)若某同学只记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置，如图，取A点为坐标原点，各点的位置坐标如图所示（g=10m/s2），小球平抛的初速度大小v0= m/s（重力加速度g取10m/s2，结果保留两位有效数字）；小球抛出点的位置坐标是 （以cm为单位，答案不用写单位，注意正负号） 【答案】(1)水平(2)CD(3) C y(4) 1 （-10，-5） 【详解】（1）实验前，应将小球放在斜槽末端，根据小球的运动情况，调节支脚螺丝A、B，使斜槽末端水平。 （2）A．钢球与斜槽之间有摩擦力，但钢球每次从相同的位置滚下，摩擦力每次都是相同的，不影响实验过程。故A错误； B．实验中，为了减小空气阻力对实验的影响，需要使用密度大、体积小的钢球。故B错误； C．钢球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始释放，这样才能保证钢球初速度相同。故C正确； D．尽可能记录多个痕迹点，可以减小实验误差。故D正确。故选CD。 （3）[1]该实验中坐标原点O的位置，应该在小球在斜槽末端时球心的投影点。故选C。 [2]建立坐标轴时应该先确定用铅垂线来确定y轴。 （4）[1]小球竖直方向，有水平方向联立，解得 [2]依题意，B点竖直分速度为则B球运动到B点的时间为可得小球抛出点到B点的水平距离和竖直距离分别为，所以小球抛出点的坐标是（-10，-5）。 8．频闪摄影是研究物体运动的常用实验手段，在暗室里，照相机每隔一定时间曝一次光，在胶片上记录物体在闪光时刻的位置。如图甲，是某实验小组探究平抛运动规律的实验装置，分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处各安装一个频闪相机，调整相机快门，设定相机曝光时间间隔为0.1s。将小球从斜槽上某一位置自由释放，并启动相机，得到如图乙所示的频闪照片，O为抛出点，P为小球运动轨迹上的一个位置。通过测量和换算得知，图乙（a）中OP对应的实际距离为105cm，（b）中OP对应的实际距离为122cm。请回答下面问题： (1)A处摄像头所拍摄的频闪照片为乙图中的 （选填“a”或“b”）； (2)通过对频闪照片（a）的测量发现，（a）中小球相邻位置间距离几乎是等距的，则小球水平抛出的初速度 m/s（结果保留2位有效数字）； (3)通过对频闪照片（b）的测量发现，（b）中小球相邻两位置间的距离几乎是均匀增大的，则当地重力加速度 （结果保留3位有效数字）； (4)小球在P点的速度方向与水平方向间夹角的正切值为 （结果保留3位有效数字）。 【答案】(1)a(2)2.1(3)9.76(4)2.32 【详解】（1）A处频闪仪记录每隔一定时间小球水平方向的位置，平抛运动水平方向不受力，做匀速直线运动，故图乙中，A处频闪仪器记录所拍摄的频闪照片为a。 （2）由平抛运动规律可得 （3）根据解得 （4）P点竖直方向速度为则小球在P点的速度方向与水平方向间夹角的正切值为。 9．（2024年河北高考真题）图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹．某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点． ①每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度 （填“相同”或“不同”）。 ②在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。 ③根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为 （当地重力加速度g为,保留2位有效数字）。 【答案】 相同 0.71 【详解】[1]为保证钢球每次平抛运动的初速度相同，必须让钢球在斜槽上同一位置静止释放，故高度相同； [2]描点连线用平滑曲线连接，钢球做平抛运动的轨迹如图所示 [3]因为抛出点在坐标原点，为方便计算，在图线上找到较远的点，在图线上找到坐标为19.6cm的点为研究位置，该点坐标为，根据平抛运动规律，解得。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3节 实验：探究平抛运动的特点 1、 频闪照相 1．在“探究小球做平抛运动的特点”的实验中。 （1）如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向做 ；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，轨道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明平抛运动在水平方向做 。 （2）该同学用频闪照相机拍摄到如图所示的小球平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，已知照相机每隔0.1s曝光一次，则照片中小方格的边长 cm，小球平抛初速度 m/s（当地重力加速度大小）。 2、 描迹法 2．某同学做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）下列说法中正确的是 A．该实验轨道必须尽量光滑，以减小摩擦 B．每次都要将小球从轨道同一位置无初速释放 C．小球应贴紧白纸运动以减小误差 D．挡板高度必须等间距变化 （2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。在确定y轴时 （选填“需要”或者“不需要”）y轴与重垂线平行。 （3）在正确操作的实验中，用光滑曲线拟合了平抛轨迹如图乙所示，A、B、C、D为轨迹中的四个位置，则从A到B与从B到C过程所用的时间应满足 （填“”、“”或“”）。 3．研究小球平抛运动的性质实验过程中，用如图所示的装置。 （1）该实验装置中，关于DIS传感器作用的叙述，以下说法正确的是 A．光电门传感器的作用是测量小球的直径 B．光电门传感器的作用是测量小球的速度 C．安置在底板上的碰撞传感器的作用是测量小球的水平位移 D．安置在底板上的碰撞传感器的作用是测量小球的平抛时间 （2）如图所示，利用数码相机的连拍功能记下了做平抛运动的小球的三个位置A、B和C。闪光间隔时间为。在实验中用光电门传感器测出小球抛出时的初速0.492m/s。则该地的重力加速度为 m/s2。（已知背景方格纸均为正方格） 4．某同学设计了一个探究平抛运动的实验。实验装置示意图如图所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽（图中、），槽间距离均为。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向内侧平移距离。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图所示。 （1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽 。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了 。 （2）每次将B板向内侧平移距离，是为了 。 （3）在图中绘出小球做平抛运动的轨迹 。 5．如图为研究平抛运动的实验装置，在实验过程中A球在斜槽末端水平抛出时撞开轻质接触式开关（未画出），被电磁铁吸住的B球同时在等高位置自由下落，借助频闪相机记录两个小球下落过程中的位置。 请回答下列问题： （1）频闪相机记录A、B两球在下落过程中不同时刻的位置，关于该实验的原理或现象，下列说法正确的是 ； A．该实验用比较的方法来探究A球在竖直方向上的分运动规律 B．该实验用测量的方法来探究A球在竖直方向上的分运动规律 C．从实验现象中可以得出A球在竖直方向上的分运动是自由落体运动 D．从实验现象中可以得出A球在竖直方向上的分运动是匀速直线运动 （2）根据两小球各自的运动特点，判断两小球在到达水平槽之前是否发生了碰撞？ （填“是”或“否”）； （3）利用频闪相片研究A球的平抛运动，将坐标原点设在球A0所在的球心位置，建立以水平向右为x轴，竖直向下为y轴的坐标系，测量并记录A1的坐标为（x1，y1），A2的坐标为（x2，y2），若小球A在水平方向上做匀速直线运动，则x1和x2的数值关系应为 。利用得到的数据可以计算出频闪周期T＝ 。（已知当地重力加速度为g，结果用x1、y1、y2表示） 6．下图是某小组进行“研究物体平抛运动规律”的实验装置；每次将小球从圆弧轨道释放。通过调节铁架台上挡板的高度，小球与挡板相撞，记录撞击使小球在挡板上留下的痕迹点。 （1）以下是实验过程中的些做法，其中合理的是 。 A．每次小球释放的初始位置可任意选择 B．安装轨道时，使其末端保持水平 C．当铁架台挡板倾斜时，不会导致小球平抛运动轨迹点出现误差 D．描绘轨迹图时以轨道与木板的等高点作为小球平抛运动的起点高度 （2）以小球离开轨道开始平抛运动位置为坐标原点，竖直向下为y轴正方向，水平向右为x轴正方向，小球平抛初速度为，重力加速度为g。理论上，y关于x的函数为 。（用、g表示） （3）如装置图所示，当挡板从轨道底端等高位置O开始，每次向下调节相同高度至A、B、C、D位置，挡板上的撞击点如下图中1、2、3、4所示，其中位置A对应下图中的 （1、2、3、4）；间距 （结果可用根号表示）。 7．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，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板。从同一位置重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点，即可描出钢球做平抛运动的轨迹，进而研究平抛运动的规律。 根据实验原理，回答以下问题： (1)实验前，应将小球放在斜槽末端，根据小球的运动情况，调节支脚螺丝A、B，使斜槽末端 。 (2)研究平抛运动，下面做法可以减小实验误差的是 。 A．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦 B．使用密度小、体积大的钢球 C．实验时，让小球每次都从同一位置由静止开始滚下 D．尽可能记录多个痕迹点 (3)该实验中，在取下白纸前，应确定坐标原点O的位置，并建立直角坐标系，下列图像中坐标原点和坐标系的建立正确的是 ，建立坐标轴时应该先确定 轴（填“x”或“y”） A．    B．   C． (4)若某同学只记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置，如图，取A点为坐标原点，各点的位置坐标如图所示（g=10m/s2），小球平抛的初速度大小v0= m/s（重力加速度g取10m/s2，结果保留两位有效数字）；小球抛出点的位置坐标是 （以cm为单位，答案不用写单位，注意正负号） 8．频闪摄影是研究物体运动的常用实验手段，在暗室里，照相机每隔一定时间曝一次光，在胶片上记录物体在闪光时刻的位置。如图甲，是某实验小组探究平抛运动规律的实验装置，分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处各安装一个频闪相机，调整相机快门，设定相机曝光时间间隔为0.1s。将小球从斜槽上某一位置自由释放，并启动相机，得到如图乙所示的频闪照片，O为抛出点，P为小球运动轨迹上的一个位置。通过测量和换算得知，图乙（a）中OP对应的实际距离为105cm，（b）中OP对应的实际距离为122cm。请回答下面问题： (1)A处摄像头所拍摄的频闪照片为乙图中的 （选填“a”或“b”）； (2)通过对频闪照片（a）的测量发现，（a）中小球相邻位置间距离几乎是等距的，则小球水平抛出的初速度 m/s（结果保留2位有效数字）； (3)通过对频闪照片（b）的测量发现，（b）中小球相邻两位置间的距离几乎是均匀增大的，则当地重力加速度 （结果保留3位有效数字）； (4)小球在P点的速度方向与水平方向间夹角的正切值为 （结果保留3位有效数字）。 9．（2024年河北高考真题）图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹．某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点． ①每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度 （填“相同”或“不同”）。 ②在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。 ③根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为 （当地重力加速度g为,保留2位有效数字）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$