第03讲 实验：探究平抛运动的特点（分层练习）-【上好课】2024-2025学年高一物理同步精品课堂（人教版2019必修第二册）

第03讲 实验：探究平抛运动的特点 1．用图甲和图乙所示的装置探究平抛运动的特点.下列实验操作中正确的是（　　） A．用图甲装置研究平抛物体的水平分运动时，观察A、B两球是否同时落地 B．图乙装置中的背板必须处于竖直面内，固定时可用铅垂线检查背板是否竖直 C．用图乙装置探究平抛运动的规律时，斜槽末端必须光滑 D．用图乙装置多次实验以获得钢球做平抛运动的轨迹时，可以从斜糟上任意不同位置静止释放钢球 2．利用如图装置做“研究平抛运动”的实验，下列说法正确的是（　　） A．秒表是该实验必要的器材 B．斜槽必须光滑，且其末端必须水平 C．应不断改变小球在斜槽上的释放点，以获得多个记录点 D．利用曲线上某点P坐标求平抛初速时，P应适当离O点远些 3．平抛实验测v0时产生误差，与误差无关的是（　　） A．弧形槽与球间有摩擦 B．弧形槽末端切线不水平 C．小球受空气阻力不可忽略 D．小球每次自由滚下的位置不同 4．某同学利用实验室的斜槽等器材研究平抛运动。每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下，钢球在空中做平抛运动，用铅笔在坐标纸上记录小球经过的位置，然后用平滑曲线连起来就得到了钢球做平抛运动的轨迹。在实验过程中，为了方便分析处理数据，坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是（　　） A．   B．   C．   D．   5．利用传感器研究小球平抛运动，如图所示为计算机描绘平抛运动的轨迹中的三个连续点，网格的单位长度为，重力加速度取，小球平抛的初速度大小为（　　） A． B． C． D． 6．某同学用图甲所示装置研究平抛运动的规律。A、B是两个完全相同的小球，让A从斜槽上的位置P由静止开始释放，与放在斜槽末端的B碰撞后，A自由下落，B水平抛出。用频闪相机连续拍摄两小球的运动，在得到的照片上用刻度尺量出同一小球在不同时刻位置间的水平距离和竖直距离，如图乙所示。已知实际距离与照片中的距离的比例为n，频闪的时间间隔为T，忽略空气阻力，下列结论不能从照片得出的是（　　） A．小球B在水平方向做匀速直线运动 B．小球B在竖直方向做自由落体运动 C．小球B水平抛出时的速度为 D．实验所在地的重力加速度为 7．在“研究平抛运动特点”的实验中，分别使用了图甲和图乙的实验装置。 (1)在图甲所示实验中，小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开自由下落。下列说法正确的是____________； A．所用两球的质量必须相等 B．可研究平抛运动竖直方向是否为自由落体运动 C．可研究平抛运动水平方向是否为匀速直线运动 D．用较大的力敲击弹性金属片，两球仍能同时落地 (2)在实验中用方格纸，每个格的边长，记录了小球在运动途中经过A、B、C三个位置，如图丙所示，取，则该小球做平抛运动的初速度大小 ，小球在B点的竖直分速度大小 ，图中O点 （填“是”或“不是”）小球做平抛运动的抛出点。（计算结果取三位有效数字） 8．在做“探究平抛运动的特点”的实验时： (1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线 。 (2)每次释放小球必须从 位置必须由 释放。 (3)某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示，判断O点是否是抛出点： （选填“是”或“否”）。 (4)该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，确定其坐标，并在直角坐标系内绘出了y-x2图像，如图乙所示，则此小球平抛的初速度v0= m/s。（取g=10m/s2） 9．某同学做“研究小球平抛运动”的实验。 (1)用如图甲所示装置探究平抛运动竖直分运动的特点。用小锤击打弹性金属片后，小球a沿水平方向抛出，做平抛运动，同时小球b被释放，自由下落，做自由落体运动。下列说法正确的是________； A．该实验说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动 B．如果两球总是同时落地，则可以验证平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 C．两球的体积、材料和质量可以任意选择，对实验结果没有影响 D．改变两球距地面的高度和小锤击打的力度，可以分别改变两球在空中的运动时间和小球a的水平初速度大小 (2)该同学用频闪照相机拍摄到小球a做平抛运动的照片如图乙所示，图中背景正方形小方格的边长为L = 4.9 cm，A、B、C是小球a的三个位置，重力加速度大小取g = 9.8 m/s2，小球a从位置B运动到位置C所用的时间为 s；小球a做平抛运动的初速度大小为v0 = m/s； (3)若以A为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向建立直角坐标系，求抛出点的坐标，x = cm，y = cm。 10．某实验小组用图甲所示轨道做“探究平抛运动在水平方向运动的规律”实验。 (1)下列说法中正确的是 （多选）。 A．应选用体积小、质量、密度均较大的小球进行实验 B．轨道不光滑是本实验的一个误差因素 C．实验时多次释放小球，其轨迹是基本重合的 (2)在调整轨道末端水平时，小明发现把球无初速度地放在轨道末端，球会自动滚落，如图甲所示，则轨道上端应向 （选填“a”或“b”）方向调整。若从轨道上同一位置释放小球，则调整后小球离开轨道末端的速度 （选填“等于”“大于”或“小于”）调整前小球离开轨道末端的速度。 (3)某同学忘记在白纸上画出竖直方向，他在白纸上找到了A0、B0、C0三个点，如图乙所示，已知小球经过这三个点的时间间隔相同，试利用这三个点，用作图法在图乙中作出竖直方向 。 (4)图丙是某同学用频闪照相研究平抛运动时拍下的照片，背景方格纸的小方格边长为10cm，A、B、C是同一小球在频闪照相中被拍下的三个连续的不同位置的照片，重力加速度g取10m/s2，则频闪照相相邻闪光的时间间隔T＝ s；小球经过B点时速度大小vB＝ m/s（结果可用根号表示）。 11．图甲（a）是一个能够显示平抛运动及其特点的演示实验，用小锤敲击弹性金属片，小球A就沿水平方向飞出，做平抛运动；同时小球B被松开，做自由落体运动。图甲（b）是用该装置进行一次实验时的数码连拍（每隔相同的时间自动拍摄一次）照片，同时显示了A、B球分别做平抛运动和自由落体运动的轨迹（取）。 (1)由图甲（b）所示的数码连拍照片分析可知，做平抛运动的A球离开轨道后在竖直方向的分运动是 。 (2)现在重新设计该实验，如图乙（a）所示，光源位于点，紧靠着光源的前方有一个小球A，光照射A球时在竖直屏幕上形成影子。现打开数码相机，同时将小球A向着垂直于屏幕的方向水平抛出，不计空气阻力，小球A的影像在屏幕上移动情况即被数码相机用自动连拍功能拍摄下来，如图乙（b）、（c）所示。则小球A的影像在屏上移动情况应当是图乙中的 [填“（b）”或“（c）”］。 (3)如果图乙中小球A水平抛出的初速度为，经过0.2s小球A到达点时在屏幕上留下的影子假设为，则点沿着屏幕向下运动的速度大小为 。 12．某实验小组利用如图甲所示装置“研究平抛运动的规律”。实验方案如下： (1)调节管口方向，使水从管口沿 方向射出。 (2)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，并利用手机正对水柱拍摄照片，取水柱上的三个点a、b、c，如图乙所示，图中a点 平抛的起点（填“是”或“不是”）。 (3)测得落地点距喷水口水平距离为x，竖直距离为h，当地重力加速度为g，则水喷出的初速度 （用题中字母表示）。 (4)若已知水管的横截面积S，由上述信息可计算得水从管口流出的流量 （即每秒排出水的体积，用S、g、x、h表示）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第03讲 实验：探究平抛运动的特点 1．用图甲和图乙所示的装置探究平抛运动的特点.下列实验操作中正确的是（　　） A．用图甲装置研究平抛物体的水平分运动时，观察A、B两球是否同时落地 B．图乙装置中的背板必须处于竖直面内，固定时可用铅垂线检查背板是否竖直 C．用图乙装置探究平抛运动的规律时，斜槽末端必须光滑 D．用图乙装置多次实验以获得钢球做平抛运动的轨迹时，可以从斜糟上任意不同位置静止释放钢球 【答案】B 【详解】A．用图甲装置研究平抛物体的竖直分运动时，观察A、B两球是否同时落地，故A错误； B．图乙装置中的背板必须处于竖直面内，固定时可用铅垂线检查背板是否竖直，故B正确； CD．用图乙装置多次实验以获得钢球做平抛运动的轨迹时，为了保持小球每次抛出时的速度相同，使得轨迹重合，每次需要从斜糟上相同位置静止释放钢球，但斜槽末端不需要光滑，故CD错误。 故选B。 2．利用如图装置做“研究平抛运动”的实验，下列说法正确的是（　　） A．秒表是该实验必要的器材 B．斜槽必须光滑，且其末端必须水平 C．应不断改变小球在斜槽上的释放点，以获得多个记录点 D．利用曲线上某点P坐标求平抛初速时，P应适当离O点远些 【答案】D 【详解】A．秒表不是该实验必要的器材，故A错误； B．斜槽不必要必须光滑，只要从同一位置释放即可，且其末端必须水平，故B错误； C．不能改变小球在斜槽上的释放点，故C错误； D．利用曲线上某点P坐标求平抛初速时，P应适当离O点远些，长度测量误差更小，故D正确。 故选D。 3．平抛实验测v0时产生误差，与误差无关的是（　　） A．弧形槽与球间有摩擦 B．弧形槽末端切线不水平 C．小球受空气阻力不可忽略 D．小球每次自由滚下的位置不同 【答案】A 【详解】A．只要让它从同一高度、无初速开始运动，在相同的情形下，即使球与槽之间存在摩擦力，仍能保证球做平抛运动的初速度相同，因此，斜槽轨道是否光滑不会产生误差，故A正确； B．当斜槽末端切线没有调整水平时，小球脱离槽口后的初速度方向就不是水平方向，小球运动做斜抛运动，所以有误差产生，故B错误； C．小球受空气阻力，导致其水平方向上不是匀速运动，所以会产生误差，故C错误； D．若小球每次自由滚下的位置不同，则平抛的初速度就不同，会导致平抛轨迹不同，在确定平抛轨迹上的点时，会产生误差，故D错误。 故选A。 4．某同学利用实验室的斜槽等器材研究平抛运动。每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下，钢球在空中做平抛运动，用铅笔在坐标纸上记录小球经过的位置，然后用平滑曲线连起来就得到了钢球做平抛运动的轨迹。在实验过程中，为了方便分析处理数据，坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是（　　） A．   B．   C．   D．   【答案】A 【详解】斜槽末端要在坐标纸上，并且坐标纸要水平放置，故A正确。故选A。 5．利用传感器研究小球平抛运动，如图所示为计算机描绘平抛运动的轨迹中的三个连续点，网格的单位长度为，重力加速度取，小球平抛的初速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】竖直方向做匀加速运动，根据可得小球平抛的初速度大小为故选C。 6．某同学用图甲所示装置研究平抛运动的规律。A、B是两个完全相同的小球，让A从斜槽上的位置P由静止开始释放，与放在斜槽末端的B碰撞后，A自由下落，B水平抛出。用频闪相机连续拍摄两小球的运动，在得到的照片上用刻度尺量出同一小球在不同时刻位置间的水平距离和竖直距离，如图乙所示。已知实际距离与照片中的距离的比例为n，频闪的时间间隔为T，忽略空气阻力，下列结论不能从照片得出的是（　　） A．小球B在水平方向做匀速直线运动 B．小球B在竖直方向做自由落体运动 C．小球B水平抛出时的速度为 D．实验所在地的重力加速度为 【答案】D 【详解】A. 小球B在水平方向做匀速直线运动，A能从照片中得出结论；     B. 小球B在竖直方向做自由落体运动，B能从照片中得出结论； C. 小球B水平抛出时的速度为解得，C能从照片中得出结论； D. 实验所在地的重力加速度为，D不能从照片中得出结论。故选D。 7．在“研究平抛运动特点”的实验中，分别使用了图甲和图乙的实验装置。 (1)在图甲所示实验中，小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开自由下落。下列说法正确的是____________； A．所用两球的质量必须相等 B．可研究平抛运动竖直方向是否为自由落体运动 C．可研究平抛运动水平方向是否为匀速直线运动 D．用较大的力敲击弹性金属片，两球仍能同时落地 (2)在实验中用方格纸，每个格的边长，记录了小球在运动途中经过A、B、C三个位置，如图丙所示，取，则该小球做平抛运动的初速度大小 ，小球在B点的竖直分速度大小 ，图中O点 （填“是”或“不是”）小球做平抛运动的抛出点。（计算结果取三位有效数字） 【答案】(1)BD (2) 1.47 1.96 不是 【详解】（1）BC．本实验应改变装置高度多次实验，发现两球的下落时间总是相同，进而说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，但不能说明水平分运动是匀速直线运动，故B正确，C错误； AD．由自由落体运动规律有下落时间与球质量无关，两球质量可以不等，下落时间也与初速度无关，即与是否大力敲击弹性金属片无关，故D正确，A错误。故选BD。 （2）[1]竖直方向有水平方向有解得该小球做平抛运动的初速度大小为 [2]竖直方向根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则小球在B点的竖直速度大小为 [3]竖直方向的位移满足1:3:5，但水平位移不满足1:1，则图中O点不是小球做平抛运动的抛出点。 8．在做“探究平抛运动的特点”的实验时： (1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线 。 (2)每次释放小球必须从 位置必须由 释放。 (3)某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示，判断O点是否是抛出点： （选填“是”或“否”）。 (4)该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，确定其坐标，并在直角坐标系内绘出了y-x2图像，如图乙所示，则此小球平抛的初速度v0= m/s。（取g=10m/s2） 【答案】(1)水平 (2) 相同 静止 (3)是 (4)0.5 【详解】（1）为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线水平。 （2）[1][2]每次释放小球必须从斜槽同一位置由静止释放，以保证到达斜槽底端速度相同。 （3）因图甲中给定的四个点中水平距离相等，可知时间相等，竖直距离之比为可知O点是抛出点，故填是。 （4）根据平抛运动规律，水平方向竖直方向联立解得由图像可知解得。 9．某同学做“研究小球平抛运动”的实验。 (1)用如图甲所示装置探究平抛运动竖直分运动的特点。用小锤击打弹性金属片后，小球a沿水平方向抛出，做平抛运动，同时小球b被释放，自由下落，做自由落体运动。下列说法正确的是________； A．该实验说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动 B．如果两球总是同时落地，则可以验证平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 C．两球的体积、材料和质量可以任意选择，对实验结果没有影响 D．改变两球距地面的高度和小锤击打的力度，可以分别改变两球在空中的运动时间和小球a的水平初速度大小 (2)该同学用频闪照相机拍摄到小球a做平抛运动的照片如图乙所示，图中背景正方形小方格的边长为L = 4.9 cm，A、B、C是小球a的三个位置，重力加速度大小取g = 9.8 m/s2，小球a从位置B运动到位置C所用的时间为 s；小球a做平抛运动的初速度大小为v0 = m/s； (3)若以A为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向建立直角坐标系，求抛出点的坐标，x = cm，y = cm。 【答案】(1)BD (2) 0.1 1.47 (3) −1.47 −4.9 【详解】（1）AB．小锤击打弹性金属片后，小球a沿水平方向抛出，同时小球b被释放自由下落，a、b两球同时落地，可知平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，不能得出水平分运动的运动规律，故A错误，B正确； C．两球的体积、材料和质量的选择不同，受到的空气阻力大小不同，对实验结果有影响，故C错误； D．改变小锤击打的力度，可以改变小球a的水平初速度大小，改变两球距地面的高度，可以改变两球在空中的运动时间，故D正确。故选BD。 （2）[1][2]由图乙可知，小球a在竖直方向上有解得小球a从位置B运动到位置C所用的时间为0.1 s。小球a在水平方向上有解得。 （3）[1][2]设小球从抛出点运动到A点的时间为t，则有解得则抛出点到A点的水平距离为抛出点到A点的竖直距离为若以A点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，则抛出点的坐标为，。 10．某实验小组用图甲所示轨道做“探究平抛运动在水平方向运动的规律”实验。 (1)下列说法中正确的是 （多选）。 A．应选用体积小、质量、密度均较大的小球进行实验 B．轨道不光滑是本实验的一个误差因素 C．实验时多次释放小球，其轨迹是基本重合的 (2)在调整轨道末端水平时，小明发现把球无初速度地放在轨道末端，球会自动滚落，如图甲所示，则轨道上端应向 （选填“a”或“b”）方向调整。若从轨道上同一位置释放小球，则调整后小球离开轨道末端的速度 （选填“等于”“大于”或“小于”）调整前小球离开轨道末端的速度。 (3)某同学忘记在白纸上画出竖直方向，他在白纸上找到了A0、B0、C0三个点，如图乙所示，已知小球经过这三个点的时间间隔相同，试利用这三个点，用作图法在图乙中作出竖直方向 。 (4)图丙是某同学用频闪照相研究平抛运动时拍下的照片，背景方格纸的小方格边长为10cm，A、B、C是同一小球在频闪照相中被拍下的三个连续的不同位置的照片，重力加速度g取10m/s2，则频闪照相相邻闪光的时间间隔T＝ s；小球经过B点时速度大小vB＝ m/s（结果可用根号表示）。 【答案】(1)AC (2) b 小于 (3)连接A、C两点，过B点和AC连线的中点，即为竖直方向 (4) 0.1 【详解】（1）A．为了减小实验误差，将小球的位置记录的较准确，应选用体积小、质量、密度均较大的小球进行实验，故A正确； B．该实验要求小球每次抛出的初速度要相同而且水平，因此要求小球从同一位置静止释放，至于是否光滑没有影响，故B错误； C．小球每次从同一位置由静止释放，所做的运动均为几乎相同的平抛运动，所以实验时多次释放小球，其轨迹是基本重合的，故C正确。故选AC。 （2）[1]根据题图可知斜槽末端向下倾斜，为保证小球做平抛运动，所以应调整轨道末端处于水平，故应将轨道的上端向b方向调整。 [2] 若从轨道上同一位置释放小球，则调整后小球离开轨道末端时下落的高度会比调整前低一些，所以调整后小球离开轨道末端的速度会小于小球调整前离开轨道末端的速度。 （3）连接A、C两点，过B点和AC连线的中点，即为竖直方向。 （4）设BC、AB三点间的竖直高度差为，根据频闪照相相邻闪光的时间间隔T＝小球平抛运动的水平初速度为B点竖直方向上分速度等于AC段竖直方向上的平均速度，则小球经过B点时速度大小vB＝m/s。 11．图甲（a）是一个能够显示平抛运动及其特点的演示实验，用小锤敲击弹性金属片，小球A就沿水平方向飞出，做平抛运动；同时小球B被松开，做自由落体运动。图甲（b）是用该装置进行一次实验时的数码连拍（每隔相同的时间自动拍摄一次）照片，同时显示了A、B球分别做平抛运动和自由落体运动的轨迹（取）。 (1)由图甲（b）所示的数码连拍照片分析可知，做平抛运动的A球离开轨道后在竖直方向的分运动是 。 (2)现在重新设计该实验，如图乙（a）所示，光源位于点，紧靠着光源的前方有一个小球A，光照射A球时在竖直屏幕上形成影子。现打开数码相机，同时将小球A向着垂直于屏幕的方向水平抛出，不计空气阻力，小球A的影像在屏幕上移动情况即被数码相机用自动连拍功能拍摄下来，如图乙（b）、（c）所示。则小球A的影像在屏上移动情况应当是图乙中的 [填“（b）”或“（c）”］。 (3)如果图乙中小球A水平抛出的初速度为，经过0.2s小球A到达点时在屏幕上留下的影子假设为，则点沿着屏幕向下运动的速度大小为 。 【答案】(1)自由落体运动(2)（c）(3)2.5 【详解】（1）本实验中小球做平抛运动，小球B做自由落体运动，同一时刻两球处于同一高度，说明竖直方向运动情况相同，所以球竖直方向的分运动是自由落体运动。（2）方法一：设经过时间照相机拍摄一次，小球从抛出开始经时间后到达点，经时间后经过点，如图所示．根据几何关系有，水平方向做匀速运动，则小球竖直方向做自由落体运动，所以可得即所以小球的影像在屏上移动情况应当是等间距的，故选（c）。 方法二：设经过时间，小球的水平位移为，竖直方向的位移为，影子的位移为，则有解得所以小球的影像在屏上移动的位移与时间成正比，匀速下落，应当是等间距的，故选（c）。 （3）由以上分析可知小球的影子在竖直方向上做匀速运动，根据几何关系可知解得。 12．某实验小组利用如图甲所示装置“研究平抛运动的规律”。实验方案如下： (1)调节管口方向，使水从管口沿 方向射出。 (2)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，并利用手机正对水柱拍摄照片，取水柱上的三个点a、b、c，如图乙所示，图中a点 平抛的起点（填“是”或“不是”）。 (3)测得落地点距喷水口水平距离为x，竖直距离为h，当地重力加速度为g，则水喷出的初速度 （用题中字母表示）。 (4)若已知水管的横截面积S，由上述信息可计算得水从管口流出的流量 （即每秒排出水的体积，用S、g、x、h表示）。 【答案】(1)水平(2)不是(3)(4) 【详解】（1）由于是研究平抛运动规律，因此应让装置启动后水从管口沿水平方向射出。 （2）若a是起点则经历相同时间竖直方向下落位移之比应该为1∶3∶5，图像不符合，因此a点不是平抛的起点。 （3）水平方向竖直方向联立可得。 （4）水管的横截面S已知，水的流量为。 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