第五章 专题强化 实验：探究平抛运动的特点-（配套word）2023-2024学年高一新教材物理必修第二册 【步步高】学习笔记（人教版）浙江

专题强化　实验：探究平抛运动的特点 1．用如图甲所示的装置“探究平抛运动的特点”，M为斜槽，N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。 (1)除了硬背板(含固定支架)、小球、斜槽M、铅垂线、倾斜的挡板N、铅笔、图钉、白纸、复写纸之外，下列器材中还需要的是________。 A．秒表 B．刻度尺 C．天平 D．弹簧测力计 (2)本实验需要选择合适的点作为坐标原点O，建立直角坐标系，下列选项中，原点选择正确的是________。 (3)实验中得到的轨迹如图乙，其中O点为平抛运动的起点，重力加速度g取9.8 m/s2，根据图中给出的数据可得小球做平抛运动的初速度v0＝________ m/s。 答案　(1)B　(2)C　(3)1.6 解析　(1)本实验需要刻度尺测量长度，不需要秒表，时间由位移计算，不需要天平和弹簧测力计测量质量和重力，故选B。 (2)小球从斜槽末端位置开始做平抛运动，所以平抛运动的初位置为小球在斜槽末端球心的投影点。故选C。 (3)根据y＝gt2得小球平抛运动的时间为t＝＝ s＝0.2 s，则小球平抛运动的初速度为v0＝＝ m/s＝1.6 m/s。 2．(2023·浙江省效实中学高一校考期中)图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置图。 甲　　　　　　　　乙 (1)在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的有________。 A．铅垂线 B．秒表 C．弹簧测力计 D．天平 (2)实验中，下列说法正确的是________。 A．记录的点应适当多一些 B．斜槽轨道必须光滑 C．斜槽轨道末端切线可以不水平 D．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下 (3)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L＝5 cm，通过实验记录了小球在运动过程中的三个位置，如图乙所示，则该小球做平拋运动的初速度为________m/s。(g取10 m/s2，结果保留两位有效数字) 答案　(1)A　(2)AD　(3)1.5 解析　(1)需要铅垂线确定平板是否竖直、确定y坐标，故A正确； 由于小球抛出后做平抛运动，运动时间由竖直高度即可计算得出，故不需要秒表，故B错误； 实验中无需测量力的大小以及小球的质量，故不需要弹簧测力计和天平，故C、D错误。 (2)实验中为减小误差，记录的点应适当多一些，这样可以让测量的值误差更小，故A正确； 只需要保证小球从斜槽末端做平抛运动，速度相同即可，不需要保证斜槽轨道光滑，故B错误； 该实验成功的关键是确保小球做平抛运动，因此只有斜槽的末端切线保持水平，小球才具有水平初速度，其运动才是平抛运动，故斜槽轨道末端切线必须水平，故C错误； 该实验所要测量的是同一次平抛运动的多个数据，所以初速度应该相同，则要求小球从斜槽的同一高度静止释放，使得小球离开斜槽末端具有相同的速度，应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下，故D正确。 (3)由于平抛运动水平方向做匀速直线运动，所以由题图乙可知，小球从A到B的水平位移和从B到C的水平位移相等，即运动时间也相等，且竖直方向有Δy＝gT2 由题图乙可知Δy＝0.10 m 代入解得T＝0.1 s 又由于水平方向做匀速直线运动，有x＝v0T 且由题图乙可知水平方向位移为 x＝3L＝15 cm＝0.15 m 解得v0＝1.5 m/s。 3．(2021·全国乙卷)某同学利用图(a)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(b)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(b)中标出。 完成下列填空：(结果均保留2位有效数字) (1)小球运动到图(b)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(b)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)小球做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，因此速度的水平分量大小为v0＝＝ m/s＝1.0 m/s 竖直方向做自由落体运动，根据匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该段位移的平均速度，因此小球在A点速度的竖直分量大小为 vy＝ cm/s≈2.0 m/s。 (2)由竖直方向为自由落体运动，可得 g＝ 代入数据可得g＝9.7 m/s2。 4.某物理兴趣小组在做探究平抛运动的特点实验时，使小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小方格边长为9.8 cm，当地的重力加速度为g＝9.8 m/s2。 (1)若以拍摄的第“1”点为坐标原点，水平向右和竖直向下为平面直角坐标系坐标轴的正方向，则没有被拍摄到的小球(在图中没有方格的区域内)位置“4”坐标为________[用图中格数表示坐标，比如图中标记为“2”的小球坐标为(2,1)]； (2)该照相机的频闪频率为________ Hz； (3)小球做平抛运动的初速度大小为________ m/s。 答案　(1)(6,6)　(2)10　(3)1.96 解析　(1)小球在水平方向做匀速直线运动，所以相邻两点间的水平距离等于2个小方格的边长，小球在竖直方向做自由落体运动，根据运动学规律可知相邻两次曝光时间内小球的竖直距离之差恒定，为1个小方格的边长，由此可推知小球位置“4”坐标为(6,6)。 (2)设该照相机频闪时间间隔为T，则根据前面分析可得Δy＝L＝gT2，解得T＝0.1 s 所以该照相机的频闪频率f＝＝10 Hz (3)小球做平抛运动的初速度大小为v0＝＝1.96 m/s。 5．(2023·浙江省杭州四中高一期末)三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验： (1)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察到两球同时落地。改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_________________________________________。 (2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看成与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道末端的 水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是_______________________________________________________________________________。 仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明____________。 (3)丙同学做实验时，忘记了标记平抛运动的抛出点O，只记录了A、B、C三点，于是就取A点为坐标原点，建立了如图丙所示的坐标系。平抛轨迹上的B、C点坐标值在图中已标出。根据图中数据计算，小球平抛的初速度大小为________ m/s，小球抛出点的坐标为(______ cm，________ cm)。(g＝10 m/s2，计算结果均保留两位有效数字) 答案　(1)做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动　(2)P球击中Q球　做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动　(3)1.5　－30　－20 解析　(1)用小锤击打弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，即做平抛运动，同时B球被松开自由下落，做自由落体运动，观察到两球同时落地，该现象说明两球在竖直方向具有相同的运动规律，即做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。 (2)现将小球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是：P球击中Q球。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍观察到相同现象，这说明两球在水平方向具有相同的运动规律，则做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动。 (3)由题图丙可知xAB＝xBC＝0.3 m，小球从A到B所用时间T与从B到C所用的时间T相等，设小球在A点的竖直分速度为vAy，从A到B过程，竖直方向有yAB＝vAyT＋gT2＝0.6 m 从A到C过程，竖直方向有yAC＝vAy·2T＋g2＝1.60 m 解得vAy＝2 m/s T＝0.2 s 小球做平抛运动，则有xAB＝v0T 解得v0＝1.5 m/s 从抛出点到A点有vAy＝gt x＝v0t y＝gt2 解得x＝0.3 m，y＝0.2 m 所以抛出点坐标为(－30 cm，－20 cm)。 6．(2020·天津卷)某实验小组利用图甲所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放在一起固定在竖直木板上，在桌面上固定一个斜面，斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。 (1)为了正确完成实验，以下做法必要的是________。 A．实验时应保持桌面水平 B．每次应使钢球从静止开始释放 C．使斜面的底边ab与桌边重合 D．选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面 (2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m，在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm，示意图如图乙。重力加速度g＝10 m/s2，钢球平抛的初速度为________ m/s。 (3)图甲装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是________。 答案　(1)AB　(2)2　(3)方便将木板调整到竖直平面 解析　(1)要测定平抛运动的初速度，首先要保证初速度水平，即保持桌面水平，故A正确；实验要保证每次抛出时的速度大小相同，所以要从同一位置由静止释放钢球，故B正确；若斜面底边与桌边重合，则钢球抛出后将做斜下抛运动，故C错误；因每次从同一斜面同一位置由静止释放钢球，钢球经历相同运动过程，则到达斜面底端的速度相同，故不需要选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面，故D错误。 (2)钢球水平速度不变，木板每次沿水平方向移动0.2 m，由平抛运动特点知：相邻两点间的运动时间相等，设为T，钢球在竖直方向上做自由落体运动，有Δh＝h3－h2＝h2－h1＝gT2，得T＝0.1 s，钢球平抛的初速度v0＝＝2 m/s。 (3)本实验要保证木板竖直，铅垂线可方便将木板调整到竖直平面。 7.在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置，实验时用了如图所示的装置。在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放。小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A；将木板向远离槽口的方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放。小球撞在木板上得到痕迹B；又将木板再向远离槽口的方向平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，再得到痕迹C，重力加速度为g。请回答以下问题： (1)每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的原因是_________________，同时需要保证斜槽轨道的末端________。 (2)根据图上直接测量的物理量，求得小球从A点到B点的时间为t＝________，初速度的表达式为v0＝________。 (3)当小球撞在木板上得到痕迹B时，木板距斜槽末端的水平距离d＝________。 答案　(1)为了使小球每次平抛时都有相同的初速度　水平　(2)　x　(3) 解析　(1)为了使小球每次平抛时都有相同的初速度，应该每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放。为了使小球做平抛运动，则需要保证斜槽轨道的末端水平。 (2)由题意可知，小球从A点到B点的时间等于小球从B点到C点的时间，竖直方向做自由落体运动，由Δy＝y2－y1＝gt2 可得小球从A点到B点的时间为t＝ 水平方向做匀速直线运动，由x＝v0t 可得初速度的表达式为v0＝x (3)由题意可得，小球在B点时，竖直方向的分速度为vBy＝＝gtB 可得小球开始做平抛运动到B点的时间为tB＝ 当小球撞在木板上得到痕迹B时，木板距斜槽末端的水平距离为d＝v0tB 联立可得d＝x··＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$