内容正文:
专题强化 实验:探究平抛运动的特点
DIWUZHANG
第五章
1
题号 1 2 3 4
答案 (1)相同
(2)见解析图
(3)0.70(0.68、0.69、0.71、0.72均可) (1)A (2)1.5 (1)B (2)C (3)10 (1)1.0 2.0 (2)9.7
题号 5 6 7
答案 (1)耳朵听 (2)B
(3)是 2 (1)B (2)C (3)D (1)为了使小球每次平抛时都有相同的初速度 水平
(2) x (3)
对一对
答案
1
2
3
4
5
6
7
2
1.(2024·河北卷)图甲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
1
2
3
4
5
6
7
基础强化练
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,得到了如图乙所示的印迹,坐标纸的y轴对应竖直方向,坐标原点对应平抛起点。
答案
1
2
3
4
5
6
7
(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”)。
相同
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,故释放钢球时高度相同。
答案
1
2
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6
7
(2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。
答案 见解析图
答案
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7
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
答案
1
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7
(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)。
0.70(0.68、0.69、0.71、0.72均可)
答案
1
2
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6
7
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y坐标为20.0 cm的点为研究位置,
该点坐标为(14.1 cm,20.0 cm),
根据平抛运动规律x=v0t,y=gt2
解得v0≈0.70 m/s。
答案
2.(2023·宁波市效实中学高一期中)图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置示意图。
1
2
3
4
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7
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
A
答案
1
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7
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。
答案
1
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7
乙
(2)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)。
1.5
答案
1
2
3
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5
6
7
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。
答案
3.(2023·浙江省高一期中)某兴趣小组采用如图甲所示的实验装置“探究平抛运动的特点”:
1
2
3
4
5
6
7
(1)根据实验过程,以下说法正确的是 。
A.斜槽M轨道必须光滑
B.记录的点应适当多一些
C.用平滑曲线把所有的点连接起来
B
答案
要保证小球的初速度相同,小球每次从斜槽上开始
运动的位置必须相同,斜槽轨道不一定要光滑,故
A错误;
记录的点适当多一些可以减小误差,故B正确;
为比较准确地描出小球运动的轨迹,根据记录点的分布规律,用平滑曲线拟合成运动轨迹,个别偏差较大的点,应当舍去,故C错误。
1
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答案
1
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7
(2)图乙是利用装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由照片可判断实验操作错误的是 。
A.释放小球时初速度不为0
B.释放小球的初始位置不同
C.斜槽末端切线不水平
C
由题图乙可知,该小球的初速度方向偏上,则可知斜槽末端切线不水平,与小球的初速度的大小无关,与释放小球的位置也无关,故选C。
答案
1
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5
6
7
(3)改用频闪照相来研究平抛运动,将频闪得到的连续三张照片叠放在方格纸上,如图丙所示,已知小球的直径为2 cm,方格纸的边分别为水平和竖直方向,则该频闪相机的频率为
Hz。(重力加速度g取10 m/s2)
10
答案
1
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6
7
设该相机的频闪周期为T,相邻两小球位置之间的竖直间距分别为y1=7.5×2 cm=15 cm=0.15 m,y2=12.5×
2 cm=25 cm=0.25 m,竖直方向小球做自由落体运动,由Δy=gT2,得y2-y1=gT2,代入数据解得T=0.1 s,则该频闪相机的频率为f==10 Hz。
答案
4.(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
1
2
3
4
5
6
7
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。
答案
1
2
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4
5
6
7
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;
1.0
2.0
答案
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。
1
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7
答案
1
2
3
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6
7
(2)根据图(b)中数据可得,当地重力加速度的大小为
m/s2。
9.7
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。
答案
5.(2024·绍兴市高一期末)某实验小组做“探究平抛运动的特点”实验。
(1)如图甲所示,用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球自由下落,通过 (选填“眼睛看”或“耳朵听”)方式比较它们落地时刻的先后更加合适。
1
2
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6
7
能力综合练
耳朵听
答案
1
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3
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7
用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球自由下落,通过耳朵听方式比较它们落地时刻的先后更加合适。
答案
(2)改变图甲整个装置高度H做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。你认为“改变整个装置的高度H做同样的实验”这一步骤的物理意义在于 。
A.通过多次实验以减小实验误差
B.必要的步骤,否则不能得到相关的实验结论
C.此步骤可有可无,前面的过程已经能验证有关的实验结论
D.必要的步骤,更多的步骤可得到更多的结论
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7
B
答案
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6
7
改变图甲整个装置高度H做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。“改变整个装置的高度H做同样的实验”这一步骤是必要的步骤,否则不能得到相关的实验结论。故选B。
答案
(3)某同学采用频闪摄影的方法拍摄到小球A做平抛运动的照片,如图乙所示,图中每个小方格的边长为L,分析可知,位置a (选填“是”或“不是”)平抛运动的起点,小球运动到b点时的速度vb= (用含有L和g的式子表示)。
1
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5
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7
是
2
答案
1
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4
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7
竖直方向根据Δy=gT2=2L,可得T=
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,可知小球运动到b点时的竖直分速度为vby=
==
则小球运动到a点时的竖直分速度为vay=vby-gT=-g=0
可知位置a是平抛运动的起点;小球的水平速度为v0==
则小球运动到b点时的速度为vb==2。
答案
6.(2023·浙江6月选考)在“探究平抛运动的特点”实验中
1
2
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6
7
(1)用图甲装置进行探究,下列说法正确的是 。
A.只能探究平抛运动水平分运动的特点
B.需改变小锤击打的力度,多次重复实验
C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
B
答案
用如题图甲所示的实验装置,只能探究平抛运动竖直分运动的特点,故A、C错误;
在实验过程中,需要改变小锤击打的力度,多次重复实验,故B正确。
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7
答案
(2)用图乙装置进行实验,下列说法正确的是 。
A.斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C.小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
1
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5
6
7
C
为了保证小球做平抛运动,需要斜槽末端水平,为了保证小球抛出时速度相等,每一次小球需要从斜槽M上同一位置静止释放,斜槽不需要光滑,故A错误,C正确;
上下调节挡板N时不必每次等间距移动,故B错误。
答案
(3)用图丙装置进行实验,竖直挡板上附有复写纸和白纸,可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端,钢球从斜槽上P点静止滚下,撞击挡板留下点迹0,将挡板依次水平向右移动x,重复实验,挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点,竖直向下建立坐标轴y,各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。重力加速度为g。测得钢球直径为d,则钢球平抛初速度v0为 。
A.(x+ B.(x+
C.(3x- D.(4x-
1
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5
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7
D
答案
竖直方向,根据y1=g
水平方向x-=v0t1
联立可得v0=(x-
故A错误;
竖直方向:y1=g,y2=g
水平方向:x-=v0t1,2x-=v0t2
1
2
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5
6
7
答案
联立可得v0=
故B错误;
竖直方向根据y4=g
水平方向4x-=v0t4
联立可得v0=(4x-
故D正确,C错误。
1
2
3
4
5
6
7
答案
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
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2
3
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5
6
7
尖子生选练
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:
答案
1
2
3
4
5
6
7
(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
。
为了使小球每次平抛时都有相同
的初速度
水平
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。
答案
1
2
3
4
5
6
7
(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= 。
x
答案
1
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5
6
7
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
答案
1
2
3
4
5
6
7
(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
2
3
4
5
6
7
由题意可得,小球在B点时,竖直方向的分速度为vBy==gtB
可得小球从离开斜槽末端端口到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··=。
答案
$
专题强化 实验:探究平抛运动的特点 [分值:70分]
1题6分,2题7分,3、4题每题9分,共31分
1.(6分)(2024·河北卷)图甲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,得到了如图乙所示的印迹,坐标纸的y轴对应竖直方向,坐标原点对应平抛起点。
(1)(2分)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)(2分)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。
(3)(2分)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)。
答案 (1)相同 (2)见解析图 (3)0.70(0.68、0.69、0.71、0.72均可)
解析 (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,故释放钢球时高度相同。
(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y坐标为20.0 cm的点为研究位置,
该点坐标为(14.1 cm,20.0 cm),
根据平抛运动规律x=v0t,y=gt2
解得v0≈0.70 m/s。
2.(7分)(2023·宁波市效实中学高一期中)图甲是“探究平抛运动的特点”的实验装置示意图。
甲 乙
(1)(3分)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)(4分)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)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)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.(9分)(2023·浙江省高一期中)某兴趣小组采用如图甲所示的实验装置“探究平抛运动的特点”:
(1)(3分)根据实验过程,以下说法正确的是 。
A.斜槽M轨道必须光滑
B.记录的点应适当多一些
C.用平滑曲线把所有的点连接起来
(2)(3分)图乙是利用装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片,由照片可判断实验操作错误的是 。
A.释放小球时初速度不为0
B.释放小球的初始位置不同
C.斜槽末端切线不水平
(3)(3分)改用频闪照相来研究平抛运动,将频闪得到的连续三张照片叠放在方格纸上,如图丙所示,已知小球的直径为2 cm,方格纸的边分别为水平和竖直方向,则该频闪相机的频率为 Hz。(重力加速度g取10 m/s2)
答案 (1)B (2)C (3)10
解析 (1)要保证小球的初速度相同,小球每次从斜槽上开始运动的位置必须相同,斜槽轨道不一定要光滑,故A错误;记录的点适当多一些可以减小误差,故B正确;为比较准确地描出小球运动的轨迹,根据记录点的分布规律,用平滑曲线拟合成运动轨迹,个别偏差较大的点,应当舍去,故C错误。
(2)由题图乙可知,该小球的初速度方向偏上,则可知斜槽末端切线不水平,与小球的初速度的大小无关,与释放小球的位置也无关,故选C。
(3)设该相机的频闪周期为T,相邻两小球位置之间的竖直间距分别为y1=7.5×2 cm=15 cm=0.15 m,y2=12.5×2 cm=25 cm=0.25 m,竖直方向小球做自由落体运动,由Δy=gT2,得y2-y1=gT2,代入数据解得T=0.1 s,则该频闪相机的频率为f==10 Hz。
4.(9分)(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)(6分)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)(3分)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。
5、6题每题12分,共24分
5.(12分)(2024·绍兴市高一期末)某实验小组做“探究平抛运动的特点”实验。
(1)(3分)如图甲所示,用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球自由下落,通过 (选填“眼睛看”或“耳朵听”)方式比较它们落地时刻的先后更加合适。
(2)(3分)改变图甲整个装置高度H做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。你认为“改变整个装置的高度H做同样的实验”这一步骤的物理意义在于 。
A.通过多次实验以减小实验误差
B.必要的步骤,否则不能得到相关的实验结论
C.此步骤可有可无,前面的过程已经能验证有关的实验结论
D.必要的步骤,更多的步骤可得到更多的结论
(3)(6分)某同学采用频闪摄影的方法拍摄到小球A做平抛运动的照片,如图乙所示,图中每个小方格的边长为L,分析可知,位置a (选填“是”或“不是”)平抛运动的起点,小球运动到b点时的速度vb= (用含有L和g的式子表示)。
答案 (1)耳朵听 (2)B (3)是 2
解析 (1)用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球自由下落,通过耳朵听方式比较它们落地时刻的先后更加合适。
(2)改变图甲整个装置高度H做同样的实验,发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地。“改变整个装置的高度H做同样的实验”这一步骤是必要的步骤,否则不能得到相关的实验结论。故选B。
(3)竖直方向根据Δy=gT2=2L,可得T=
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,可知小球运动到b点时的竖直分速度为vby===
则小球运动到a点时的竖直分速度为vay=vby-gT=-g=0
可知位置a是平抛运动的起点;小球的水平速度为v0==
则小球运动到b点时的速度为vb==2。
6.(12分)(2023·浙江6月选考)在“探究平抛运动的特点”实验中
(1)(4分)用图甲装置进行探究,下列说法正确的是 。
A.只能探究平抛运动水平分运动的特点
B.需改变小锤击打的力度,多次重复实验
C.能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
(2)(4分)用图乙装置进行实验,下列说法正确的是 。
A.斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C.小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
(3)(4分)用图丙装置进行实验,竖直挡板上附有复写纸和白纸,可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端,钢球从斜槽上P点静止滚下,撞击挡板留下点迹0,将挡板依次水平向右移动x,重复实验,挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点,竖直向下建立坐标轴y,各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。重力加速度为g。测得钢球直径为d,则钢球平抛初速度v0为 。
A.(x+ B.(x+
C.(3x- D.(4x-
答案 (1)B (2)C (3)D
解析 (1)用如题图甲所示的实验装置,只能探究平抛运动竖直分运动的特点,故A、C错误;在实验过程中,需要改变小锤击打的力度,多次重复实验,故B正确。
(2)为了保证小球做平抛运动,需要斜槽末端水平,为了保证小球抛出时速度相等,每一次小球需要从斜槽M上同一位置静止释放,斜槽不需要光滑,故A错误,C正确;上下调节挡板N时不必每次等间距移动,故B错误。
(3)竖直方向,根据y1=g
水平方向x-=v0t1
联立可得v0=(x-
故A错误;
竖直方向:y1=g,y2=g
水平方向:x-=v0t1,2x-=v0t2
联立可得v0=
故B错误;
竖直方向根据y4=g
水平方向4x-=v0t4
联立可得v0=(4x-
故D正确,C错误。
7.(15分)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)(6分)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)(6分)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)(3分)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
可得小球从离开斜槽末端端口到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··=。
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