3 层级1 主题3 “平抛、圆周”类实验(Word教师用书)-【创新方案】2025年高考物理二轮复习专题辅导与测试(北京，江苏专版)

主题三“平抛、圆周”类实验 主题精要归纳 1.探究平抛运动的特点 使小球做平抛运动,利用描迹法描绘小球的运动轨迹,建立坐标系,测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y,由公式x=v0t和y=gt2,可得v0=x 。 2.探究向心力大小与轨道半径、角速度、质量的关系 利用向心力演示器,通过控制变量法进行实验,匀速转动手柄1,可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动,槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力,通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降,从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记,可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。 3.用单摆测量重力加速度的大小 当摆角较小时,单摆做简谐运动,其运动周期为T=2π,由此得到g=,因此,只要测出摆长l和振动周期T,就可以利用公式g=或l⁃T2图像求出当地的重力加速度g的值。 [逐点验收评价] 1.(2024·河北高考,节选)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　　　　m/s(当地重力加速度g为9.8 m/s2,保留2位有效数字)。  解析:(1)探究平抛运动特点的实验中,要使钢球到达斜槽末端的速度相同,则每次由静止释放钢球时,钢球在斜槽上的高度相同。 (2)用平滑曲线连接坐标纸上的点,即为钢球做平抛运动的轨迹,作图时应使尽可能多的点在图线上,不在图线上的点均匀分布在图线两侧,如图所示。 (3)根据平抛运动规律有x=v0t,y=gt2,联立可得v0=x,在轨迹图线上选取一点(15 cm,20 cm),代入数据可得v0≈0.74 m/s。 答案:(1)相同　(2)见解析图　(3)0.74(0.69~0.79均可) [细节提醒] (1)为保证钢球每次做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。 (2)钢球的运动轨迹是一条抛物线,在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹时需用平滑曲线连接。 (3)坐标原点对应平抛起点,根据平抛运动规律x=v0t、y=gt2求解钢球的初速度大小;若坐标原点不是平抛起点,根据平抛运动规律x=v0t、Δy=gt2求解钢球的初速度大小。2.如图甲,利用向心力演示器探究做圆周运动的小球,当质量、轨道半径一定时,所需向心力大小F与角速度ω之间的关系。 (1)如图乙,若传动皮带套在塔轮第二层,左、右塔轮半径R1、R2之比为2∶1,则塔轮转动时,A、C两处的角速度之比为　　　　;  (2)图中标尺上黑白相间的等分格显示如图丙,则A、C两处同等质量的钢球所受向心力大小之比约为　　　　;  (3)由此实验,得到的结论是　 。  解析:(1)左、右塔轮边缘的线速度相等,则根据v=ωR,可得==,即A、C两处的角速度之比为1∶2。 (2)根据题图丙中标尺上黑白相间的等分格显示可知,A、C两处同等质量的钢球所受向心力大小之比约为1∶4。 (3)由此实验,得到的结论是:当质量、轨道半径一定时,所需向心力大小F与角速度的平方ω2成正比关系。 答案:(1)1∶2　(2)1∶4　(3)当质量、轨道半径一定时,所需向心力大小F与角速度的平方ω2成正比关系 [细节提醒](1)左、右两塔轮用皮带传动,线速度大小相等。 (2)由标尺上黑白相间的等分格多少,可以得出A、C两处球所受向心力大小的关系。 3.一学生小组做“用单摆测量重力加速度的大小”实验。 (1)用实验室提供的螺旋测微器测量摆球直径。首先,调节螺旋测微器,拧动微调旋钮使测微螺杆和测砧相触时,发现固定刻度的横线与可动刻度上的零刻度线未对齐,如图(a)所示,该示数为　　　　mm;螺旋测微器在夹有摆球时示数如图(b)所示,该示数为　　　　　mm,则摆球的直径为　　　　　mm。  (2)单摆实验的装置示意图如图(c)所示,其中角度盘需要固定在杆上的确定点O处,摆线在角度盘上所指的示数为摆角的大小。若将角度盘固定在O点上方,则摆线在角度盘上所指的示数为5°时,实际摆角　　　　 　5°(填“大于”或“小于”)。  (3)某次实验所用单摆的摆线长度为81.50 cm,则摆长为　　　　 　cm。实验中观测到从摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点的时间间隔为54.60 s,则此单摆周期为　　　　 　s,该小组测得的重力加速度大小为　　　　 　m/s2。(结果均保留3位有效数字,π2取9.870)  解析:(1)测量前测微螺杆和测砧相触时,题图(a)的示数为d0=0.8×0.01 mm=0.008 mm 螺旋测微器读数是固定刻度读数加可动刻度读数,题图(b)中读数为d1=20.0 mm+3.5×0.01 mm=20.035 mm, 则摆球的直径为d=d1-d0=20.027 mm。 (2)角度盘的大小一定,即在规定的位置安装角度盘,测量的摆角准确,但将角度盘固定在规定位置上方,即角度盘到悬挂点的距离变短,同样的角度,摆线在角度盘上扫过的弧长变短,故摆线在角度盘上所指的示数为5°时,实际摆角大于5°。 (3)单摆的摆线长度为81.50 cm,则摆长为l=l0+=81.50 cm+ cm≈82.5 cm,一次全振动单摆经过最低点两次,故此单摆的周期为 T== s=1.82 s, 由单摆的周期表达式T=2π, 可得重力加速度g=≈9.83 m/s2。 答案:(1)0.008(0.007~0.009均可)　20.035(20.034~20.036均可)　20.027(20.025~20.029均可)　(2)大于　(3)82.5　1.82　9.83 [细节提醒] (1)螺旋测微器存在误差,摆球的直径等于图(b)和图(a)的示数之差。 (2)摆球第1次经过最低点到第61次经过最低点,完成了30次全振动。 学科网（北京）股份有限公司 $$