第5章 3.实验：探究平抛运动的特点-【金版教程】2024-2025学年高中物理必修第二册作业与测评word（人教版2019）

3.实验：探究平抛运动的特点 科学探究一　探究平抛运动的特点的基本思路 1．(1)如图甲所示，在研究物体做平抛运动时，让小球A沿曲面轨道滚下，离开轨道末端时(末端水平，小球A离开轨道时和小球B在同一高度)，撞开接触式开关S(开关对小球的作用力可忽略不计)，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。多次改变整个装置的高度H重复上述实验，发现A、B两球总是同时落地。该实验现象说明了A球在离开轨道后________。 A．水平方向的分运动是匀速直线运动 B．水平方向的分运动是匀加速直线运动 C．竖直方向的分运动是自由落体运动 D．竖直方向的分运动是匀速直线运动 (2)如图乙所示，两个完全相同的圆弧轨道分别固定在竖直板上不同高度处，轨道的末端水平。在它们相同位置上各安装一个电磁铁，两个电磁铁由同一个开关控制，通电后，两电磁铁分别吸住相同小铁球A、B，断开开关，两个小球同时开始运动。离开圆弧轨道后，A球做平抛运动，B球进入一个光滑的水平轨道，则：B球进入水平轨道后将做________运动；改变上侧轨道的高度，多次重复上述实验过程，总能观察到A球正好砸在B球上，由此现象可以得出的结论是________________________________________________。 答案：(1)C (2)匀速直线　平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动 解析：(1)小球A与小球B总是同时落地，说明小球A竖直方向的分运动与小球B的运动相同，小球B做的是自由落体运动，所以小球A竖直方向的分运动是自由落体运动，故选C。 (2)B球进入水平轨道后只受重力和水平轨道的支持力，且两个力平衡，故B球进入水平轨道后将做匀速直线运动。让两小球从相同的弧形轨道上相同高度滚下，则两小球同时滚离轨道并具有相同的水平速度，A球做平抛运动，B球做匀速直线运动，改变上侧轨道的高度，多次重复上述实验过程，总能观察到A球正好砸在B球上，则说明A球水平方向的分运动与B球的运动相同，即平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。 科学探究二　用斜槽轨道得到平抛运动的轨迹 2．在“探究平抛物体的运动特点”实验中，为了描出物体的运动轨迹，实验应有下列各个步骤： A．以O为原点，画出与y轴相垂直的水平方向的x轴； B．把事先做好的有缺口的纸片用手按在竖直木板上，使由斜槽上滚下、抛出的小球正好从纸片的方孔中通过，用铅笔在白纸上描下小球穿过这个缺口的位置； C．每次都使小球从斜槽上固定的标卡位置开始滚下，用同样的方法描出小球经过的一系列位置，并用平滑的曲线把它们连接起来，这样就描出了小球做平抛运动的轨迹； D．用图钉把白纸钉在竖直木板上，并在木板的左上角固定好斜槽； E．把斜槽末端拉高一个球半径处定为O点，在白纸上描出O点，利用重垂线在白纸上画出过O点向下的竖直线，定为y轴。 (1)在上述的实验步骤中，缺少的步骤F是______________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (2)在实验中，实验步骤的正确顺序是________。 答案：(1)调整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，说明斜槽末端切线已水平　(2)DFEABC 解析：在“探究平抛物体的运动特点”实验中，影响探究、测量误差的重要因素之一是斜槽末端切线是否水平，而本题提供的步骤中缺少对斜槽的调整。其安装、调整要求是：斜槽末端切线应水平。具体操作方法是：调整斜槽，并将小球放在斜槽末端，轻轻拨动小球，若小球可停留在斜槽末端的任何位置，说明斜槽末端切线已调整成水平。因此，(1)缺少的步骤F是：调整斜槽，使放在斜槽末端的小球可停留在任何位置，说明斜槽末端切线已水平。(2)实验步骤的正确顺序是DFEABC。 3．(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．游标卡尺 B．停表 C．坐标纸 D．天平 E．弹簧测力计 F．重垂线 (2)实验中，下列说法正确的是________。 A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下 B．斜槽轨道必须光滑 C．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些 D．斜槽轨道末端可以不水平 (3)引起实验结果偏差较大的原因可能是________。 A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平 B．确定Oy轴时，没有用重垂线 C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦 D．空气阻力对小球运动有较大影响 答案：(1)CF　(2)AC　(3)ABD 解析：(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴。故C、F是需要的。 (2)使小球从斜槽上同一位置自由滚下，才能保证每次的轨迹相同，A正确；斜槽轨道不必须光滑，只要能使小球水平飞出的初速度相同即可，B错误；实验中记录的点越多，轨迹越精确，C正确；斜槽轨道末端必须水平，这样才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，D错误。 (3)斜槽末端切线不水平，以及空气阻力较大时，小球的运动都不能看成平抛运动，故A、D是可能的原因；确定Oy轴时没有用重垂线，可能使y轴不沿竖直方向，从而引起计算偏差，B可能；斜槽不绝对光滑只会影响小球平抛的初速度大小，不会使实验结果偏差较大，故C不可能。 科学探究三　用频闪照相法探究平抛运动的特点 4．小球做平抛运动的频闪照片的一部分如图所示，图中每小格边长为1.09 cm，闪光的频率为每秒30次，由图可知，小球在水平方向做________运动，水平初速度是________ m/s；竖直方向的加速度是________ m/s2，故在竖直方向做的是________运动。 答案：匀速直线　0.327　9.81　自由落体 解析：由图可知，每隔 s小球在水平方向向右运动1.09 cm，故小球在水平方向做匀速直线运动，水平初速度v0＝ m/s＝0.327 m/s；连续相等的时间内竖直方向的位移差均为1.09 cm，故小球在竖直方向做匀加速运动，加速度a＝＝ m/s2＝9.81 m/s2，近似等于重力加速度，故在竖直方向做自由落体运动。 科学探究四　实验创新设计 5．在做“研究平抛运动”的实验中，用如图所示的装置测量小球平抛运动的初速度。实验操作的主要步骤如下： (ⅰ)在一块平木板上钉上复写纸和白纸，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初始距离d，并保持板面与轨道末端的水平段垂直； (ⅱ)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； (ⅲ)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； (ⅳ)将木板再沿水平方向向右平移相同距离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； (ⅴ)测得A、B、C三点距地面的高度为y1、y2、y3，已知当地的重力加速度为g。 请回答下列问题： (1)关于该实验，下列说法中正确的是________。 A．小球选用质量大、体积小的小钢球 B．小球在空中运动时在水平方向做匀变速运动 C．小球在空中运动时在竖直方向做匀变速运动 (2)根据上述直接测量的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为v0＝________。(用题中所给字母表示) 答案：(1)AC　(2)x 解析：(1)为了减小空气阻力的影响，小球选用质量大、体积小的小钢球，故A正确；小球在空中做平抛运动时，在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动，B错误，C正确。 (2)根据x＝v0t及题图可知，每移动一次挡板，小球多运动的时间相等，即在同一次平抛运动中，小球从y1高度运动至y2高度与从y2高度运动至y3高度所用时间相等，设为T，则水平方向上有x＝v0T，在竖直方向上有(y2－y3)－(y1－y2)＝gT2，可解得小球平抛的初速度大小v0＝x。 1．如图所示，在“研究平抛运动”实验中，横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球的最高点，从而确定平抛运动的轨迹，关于此实验，下列说法正确的是(　　) A．坐标原点应选小球在斜槽末端点时球心的位置 B．坐标原点应选小球在斜槽末端点时球的上端 C．每次从斜槽上释放小球的位置不一定相同 D．斜槽轨道必须是光滑的 答案：B 解析：由于实验步骤中用铅笔标注小球的最高点，从而确定平抛运动的轨迹，所以坐标原点应选小球在斜槽末端点时球的上端，故A错误，B正确；为了确定平抛的运动轨迹，需要小球有相同的初速度，所以每次从斜槽上释放小球的位置必须相同，而下滑过程中斜槽轨道是否光滑对实验没有影响，故C、D错误。 2．(多选)在做“探究平抛运动的特点”的实验中，下列说法中正确的是(　　) A．安装斜槽和木板时，一定要注意木板是否竖直 B．安装斜槽和木板时，只要注意小球不和木板发生摩擦即可 C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放 D．实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动的特点 答案：ACD 解析：安装斜槽和木板时，木板要竖直，以保证描点准确，故A正确，B错误；为保证小球每次做平抛运动的初速度相同，每次实验都要把小球从斜槽的同一位置由静止释放，故C正确；实验目的就是选项D所述，故D正确。 3．(多选)在探究平抛运动的特点时，可以选用如图所示的各种装置图，以下说法正确的是(　　) A．选用装置1探究平抛物体的水平分运动的特点，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地 B．选用装置2要获得稳定的细水柱显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面 C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放 D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹 答案：BD 解析：选用装置1探究平抛物体的竖直分运动的特点，应该用耳朵听声音判断A、B两球是否同时落地，所以A错误；装置2中竖直管上端A一定要低于水面，这样才能保证两管上端之间的压强差恒定，从而使水离开喷嘴时的速度恒定，所以B正确；装置3中从斜槽上同一位置由静止释放钢球，才能保证每次平抛运动的初速度相同，因此C错误；使用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像，将每一帧上钢球位置复制到同一帧上，可以得到平抛轨迹，D正确。 4．某小组用以下装置探究平抛运动的特点。请回答下列问题： (1)如图甲所示，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，做自由落体运动。改变装置离地高度及小锤击打金属片的力度，多次实验后发现两球总是同时落地。实验结论是________。 A．A球水平方向做匀速直线运动 B．A球竖直方向做自由落体运动 (2)图乙所示为用频闪照相的方法记录的做平抛运动小球每隔相等的时间的位置图。请在乙图上描出照片记录的小球的轨迹。 答案：(1)B　(2)图见解析 解析：(1)每次两球都同时落地，说明A球竖直方向的分运动与B球的运动相同，即是自由落体运动，故选B。 (2)用平滑曲线将照片中小球的球心连接起来，描出照片记录的小球的轨迹，如图所示。 5．(2023·黑龙江省大庆市高一期中)根据把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，平抛运动可以看作是在竖直方向和水平方向的两个分运动的合运动。 为了研究平抛运动的特点，用频闪照相的方法记录做平抛运动的小球每隔相等时间T的位置，如图甲所示。以左边第一个小球的影像(对应平抛起始点)的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，用平滑曲线把这些位置连接起来，如图乙所示，其中M1、M2、M3……为图甲中记录的小球中心的位置。已知重力加速度为g。 (1)根据________________________可以判断小球在水平方向上做________运动。 (2)有同学进一步猜想，小球在竖直方向做自由落体运动，请利用题中所给信息，提出一种判断该同学的猜想是否成立的方法：____________________________________________________________________________。 (3)若(2)中猜想成立，测得某小球中心点的横坐标为x，纵坐标为y，据此可以计算出小球的初速度大小为________。 答案：(1)相邻两点间的水平距离相等　匀速直线 (2)根据自由落体公式，算出小球各位置对应纵坐标的值，与图中相应的值对比(其他答案合理也正确) (3)x 解析：(1)由图乙可知，小球在水平方向上相邻两点间的距离相等，由于时间间隔相等，根据v＝可以判断小球在水平方向上做匀速直线运动。 (2)根据自由落体公式y＝gt2，算出小球各位置对应纵坐标的值，与图中相应的值对比，即可判断。 (3)若(2)中猜想成立，则小球在竖直方向做自由落体运动，根据y＝gt2，可得小球下落时间t＝，在水平方向上有x＝v0t，可得初速度大小v0＝x。 6．在“探究平抛运动规律”的实验中，实验装置如图1所示。 (1)下列实验操作合理的有________。 A．安装斜槽轨道，需使其末端保持水平 B．背板应保持竖直 C．每次小球需从斜槽同一位置由静止释放 D．每次必须等距离下降挡板，记录小球位置 (2)图2中最合理的抛出点位置为________(选填“甲”“乙”或“丙”)。 (3)在“探究平抛运动水平方向分运动的特点”的实验中，将白纸换成方格纸，每个小方格边长L＝5 cm。实验记录了小球在运动中的4个点迹，如图3所示，则tAB________tBC(选填“<”“＝”或“>”)，该小球做平抛运动的初速度为________ m/s(g取10 m/s2，计算结果保留两位有效数字)。 答案：(1)ABC　(2)乙　(3)>　2.0 解析：(1)为了保证小球做平抛运动，斜槽的末端需保持水平，故A正确；因为小球下落的平面竖直，为了减小测量误差，所以记录小球平抛轨迹位置的木板平面必须竖直，故B正确；为了描绘同一平抛运动的轨迹，则应保证小球每次平抛的初速度相等，因此每次应让小球从斜槽的同一高度由静止释放，故C正确；实验要记录小球经过不同高度的位置，因此每次不必严格地等距离下降挡板，故D错误。 (2)小球重心经过斜槽末端点正上方时，小球所受支持力恰好消失，开始做平抛运动，所以选择图乙比较合理。 (3)小球在水平方向做匀速直线运动，根据x＝v0t，可知tAB>tBC。由图可知，AC、CD两段过程运动时间相同，设其运动时间为t，则水平方向有4L＝v0t，竖直方向有4L－2L＝gt2，联立可解得初速度v0＝2.0 m/s。 7．在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验的简要步骤如下： A．让小球多次由静止从斜槽上的________(选填“同一”或“不同”)位置滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置。 B．按图1安装好器材，注意调整斜槽末端沿________方向，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。 C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛运动物体的轨迹。 (1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。 (2)上述实验步骤A、B、C的合理顺序是________。 (3)某同学在做平抛运动实验时得到了如图2的运动轨迹，a、b、c点的位置在运动轨迹上已标出。则小球平抛的初速度为________ m/s。(g＝10 m/s2，计算结果保留一位有效数字) 答案：(1)同一　水平　(2)BAC　(3)2 解析：(1)为保证小球做平抛运动的初速度不变，须让小球多次由静止从斜槽上的同一位置滚下；为确保小球初速度沿水平方向，安装器材时应调整斜槽末端沿水平方向。 (2)实验步骤应该先按要求安装好器材，然后进行实验操作并记录数据，最后进行实验数据的处理，所以实验步骤的合理顺序是BAC。 (3)将小球的运动分解为沿水平方向的匀速直线运动和沿竖直方向的自由落体运动，设从a到b与从b到c的运动时间均为T，竖直方向由匀变速直线运动的推论公式，有Δy＝gT2，可得相邻两个点之间的时间间隔T＝＝ s＝0.1 s，所以小球平抛的初速度为v0＝＝ m/s＝2 m/s。 8．如图所示为喷出细水流的数码照片，照片中刻度尺的最小刻度为毫米，细水流是水平喷出的。已知水流做平抛运动的水平分运动是速度大小为v0＝0.443 m/s的匀速直线运动，找出研究其竖直分运动的方法，并证明竖直分运动是自由落体运动。 答案：见解析 解析：根据水平分运动是匀速直线运动，可以按水平方向的距离都等于x＝2 cm选取几个点，发现这几个点恰好落在坐标纸格线的交点上，如(2 cm，1 cm)、(4 cm，4 cm)、(6 cm，9 cm)等，可见在相等的时间间隔内，竖直方向的位移之比恰好等于1∶3∶5，说明竖直方向是初速度为零的匀加速直线运动，满足Δy＝aT2＝0.02 m，T＝，解得a≈9.81 m/s2，所以平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。 (2024·陕西省西安市高一下期中)未来在一个未知星球(其重力加速度与地球上重力加速度不同且未知)上用如图甲所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动，现对小球采用频闪数码相机连续拍摄，在有坐标纸的背景屏前拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后照片如图乙所示，a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4，则： (1)由以上信息，可知a点________(填“是”或“不是”)小球的抛出点； (2)由以上信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为________ m/s2； (3)由以上信息可以算出小球平抛的初速度大小是________ m/s； (4)由以上信息可以算出小球在b点时的速度大小是________ m/s。 答案：(1)是　(2)8　(3)0.8　(4) 解析：(1)(2)由题知照相机连续拍照的时间间隔是T＝0.10 s，设该星球表面的重力加速度为g′，小球在a、b处时竖直方向的分速度分别为vay、vby，小球在竖直方向上做自由落体运动，有4yb－4ya＝vayT＋g′T2，4yc－4yb＝vbyT＋g′T2，vby＝vay＋g′T，其中ya＝0，yb＝1 cm，yc＝4 cm，联立解得vay＝0，g′＝8 m/s2，所以a点是小球的抛出点。 (3)设小球平抛的初速度大小为v0，则小球在水平方向上以v0做匀速直线运动，有4xb－4xa＝v0T，其中xa＝0，xb＝2 cm，解得v0＝0.8 m/s。 (4)小球在b点的竖直分速度为vby＝g′T＝0.8 m/s，小球在b点时的速度大小为vb＝，得vb＝ m/s。 12 学科网（北京）股份有限公司 $$