5.3实验：探究平抛运动的特点 分层作业 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

5.3实验：探究平抛运动的特点 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．学习小组利用不同的实验装置分别研究平抛运动。回答下列问题： (1)甲同学用频闪照相机拍到小球平抛运动的照片，如图甲所示。照片中小方格的边长，小球在平抛运动中的几个位置如图中的、、、所示、则小球平抛运动的初速度__________（当地重力加速度取）。（保留2位有效数字） (2)乙同学在家中进行实验。如图乙所示，在水平桌面上放置一个斜面，让钢球从斜面上滚下，垂直于右侧桌边抛出做平抛运动，竖直挡板放置在桌子附近，挡板始终与右桌边平行，使做平抛运动的钢球能打在附有白纸和复写纸的挡板上，记录钢球的落点，测量桌边到挡板的距离，小球下落的高度。将挡板左右平移，得到多组数据。 ①（单选）关于实验过程下列说法正确的是__________。 A．实验过程中，可以在桌面上向前或向后移动斜面 B．不必每次都从斜面上同一位置释放 C．小球与斜面的摩擦不会影响实验结果 ②（单选）乙同学通过图像研究平抛运动的水平位移与竖直位移的关系。下列图像中，符合实际的是__________。 A． B． C． 2．在“探究平抛运动的特点”实验中， (1)某同学利用如图甲所示的实验装置记录小球的运动轨迹，下列说法正确的是________（多选）。 A．需要调节装置的底座螺丝，使背板竖直 B．上下移动倾斜挡板N时必须等间距下移 C．斜槽M可以不光滑，但斜槽轨道末端必须保持水平 D．为了得到小球的运动轨迹，需要用平滑的曲线把所有的点都连起来 (2)另一同学用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到小球运动部分照片如图乙所示，已知每个小方格边长10，当地的重力加速度g取10，其中第4个点处位置已被污迹覆盖。若以拍摄的第1个点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向建立直角坐标系，则被拍摄到的小球在第4个点位置的坐标为（________，________），小球平抛的初速度大小为________。（结果均保留两位有效数字） 3．如图所示的实验装置，可用来研究平抛物体的运动。 (1)关于实验过程中的一些做法，以下合理的有________。 A．小球释放的初始位置越高越好 B．调整木板，使之与小球下落的竖直面平行 C．小球的平抛运动要靠近但不接触木板 D．用折线连接描绘的点得到小球的运动轨迹 (2)某同学在实验操作时发现，将小球轻轻放在斜槽末端时，小球能自动滚下。他应该：________。 (3)某同学做“探究平抛运动的特点”的实验时，重复让小球从斜槽上相同位置由静止滚下，得到小球运动过程中的多个位置；根据画出的平抛运动轨迹测出小球多个位置的坐标，画出图像如图所示，图线是一条过原点的直线，说明小球运动的轨迹形状是________；设该直线的斜率为，重力加速度为，则小球从轨道末端飞出的速度为________。（各物理量均取国际单位） 4．某小组在“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)如图甲所示，小锤水平打击弹性金属片，A球水平抛出的同时B球自由下落。在不同的高度和打击力度时都发现两小球同时落地，则实验表明__________。 A．平抛运动竖直方向是自由落体运动 B．平抛运动水平方向是匀速直线运动 (2)图丙是图乙实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，图线①所对应的小球在斜槽上释放的位置__________（选填“较低”或“较高”）。 (3)如图丁所示，实验小组记录了小球在运动过程中经过A、B、C三个位置，每个正方形小格的边长为5.00cm，g取，则该小球做平抛运动的初速度大小________m/s；B点的速度大小________m/s小球的抛出点是否在点__________（选填“是”或“不是”）。 B层 5．某同学在实验室发现一张小球做平抛运动的部分频闪照片，小球的瞬时位置如图中A、B、C所示，照片背景为一堵贴近小球的竖直砖墙，已知每块砖的厚度、长度，频闪照片的拍摄频率，不计砖块间的缝隙宽度和空气阻力。 (1)由以上已知量和测量量，可求得拍照时间间隔______s，小球的水平初速度______m/s，当地的重力加速度______；（结果均保留两位有效数字）； (2)小球实际的抛出位置在A点上方第______层砖内。 6．在“探究平抛运动的特点”的实验中，某组同学用如图甲所示装置探究平抛运动的规律。 (1)在该实验中，下列说法正确的是（　　） A．斜槽轨道必须光滑 B．斜槽轨道末端切线必须水平 C．小球每次都从斜槽上同一高度由静止释放 D．将坐标纸上确定的点用直线依次连接 (2)通过描点法来研究平抛运动的轨迹，先将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，让钢球多次沿斜槽轨道PO滑下后从O点飞出，落在水平挡板上，并挤压白纸留下一系列痕迹点。实验中，老师叮嘱让钢球多次从斜槽上滚下，并在白纸上依次记下小球的位置，同学A和同学B的记录纸分别如图乙、丙所示，从图中可以看出同学A的错误最可能是________，同学B的实验错误最可能是________；（均填字母） A．斜槽末端不水平 B．小球与斜槽之间摩擦太大 C．每次由静止释放小球的位置不同 D．小球在斜槽上释放的位置离斜槽末端的高度太高 (3)某同学用频闪照相方法拍摄小钢球（可视为质点）做平抛运动，频闪光源的频率为20Hz。在实验中得到的实际长度轨迹如丁图所示，A、B、C是照片上的三个相邻点的位置，以A点为坐标原点，坐标如图所示。则当地的重力加速度大小为________m/s2（结果保留三位有效数字），小球运动到B点时的速度vB=________m/s（结果保留两位有效数字）； (4)如果在（3）中频闪频率实际略小于20Hz，则重力加速度的测量值________（填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 C层 7．某小组进行“探究平抛运动的特点”实验，实验装置如图甲所示。实验时，该小组用手机拍摄小球做平抛运动的过程，帧频为30帧/秒，然后将视频导入“Tracker”软件进行分析，得到实验规律。 (1)关于该实验，下列说法正确的有_____（多选）； A．选择体积小、密度大的小球 B．斜槽的末端必须水平 C．为减小阻力影响，斜槽必须光滑 (2)将视频导入“Tracker”软件后，以抛出点为坐标原点，沿水平方向建立x轴，竖直方向建立y轴，得到轨迹如图乙所示。运用图乙中的数据（计算结果均保留3位有效数字） ①小球在水平方向的速度大小_____； ②拟合得到轨迹方程为，其中，由此求得当地重力加速度_____； ③试再给出计算重力加速度的两种方法，不需要计算______。 8．某同学用如图甲所示的装置研究平抛运动。钢球在斜槽轨道某一高度处由静止释放，并从末端水平飞出。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板，实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到挡板上挤压复写纸并在白纸上留下印迹。上下调节挡板，通过多次释放钢球，记录钢球在背板上所经过的多个位置。以钢球抛出时球心所在位置为坐标原点O，以水平向右和竖直向下分别为x轴和y轴的正方向，建立直角坐标系，用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹如图乙所示。 (1)对于本实验，下列说法正确的是 A．每次必须从同一高度由静止释放钢球 B．斜槽轨道必须光滑 C．挡板必须等间隔上下移动 D．装置的背板必须竖直放置 (2)通过研究得出钢球在竖直方向为自由落体运动之后，为进一步研究钢球在水平方向的运动规律，该同学在轨迹上测出A、B、C三点的坐标分别为（）、（）和（）。下列能够说明钢球在水平方向的运动可能为匀速直线运动的是 。 A．若时，满足 B．若时，满足 C．在轨迹上取若干点获取数据，它们的坐标可以用一条二次函数曲线拟合（即满足） D．在轨迹上取若干点获取数据，画出的图像是一条过原点的直线 (3)该同学用图甲所示的实验装置进行实验时，没有调整斜槽末端水平，在斜槽末端向下倾斜的情况下得到小球的运动轨迹如图所示，在轨迹中选取A、B两点，坐标分别为（）、（）。根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得斜槽末端切线方向与x轴间夹角的正切值为__________。 (4)另一同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置。如图所示，在一个较高的塑料筒侧壁靠近底部的位置钻一个小孔，在小孔处沿水平方向固定一小段吸管作为出水口。将塑料筒放在距地面一定高度的水平桌面上，在筒中装入一定高度的水，水由出水口射出，落向地面，测量出水口到地面的高度y和水柱的水平射程x。在实验测量的过程中，该同学发现测量水柱的水平射程x时，若测量读数太慢，x的数值会变化。 请分析水平射程x的数值变化的原因________。 参考答案 1．(1)0.70 (2) C A 【详解】（1）小球做平抛，设相邻两个位置间的时间间隔为，水平方向有 竖直方向由有 解得 （2）①A．实验过程中，在桌面上向前或向后移动斜面，由于桌面有摩擦，小球离开桌面后做平抛的初速度会不同，A错误； B．为保证小球每次做平抛的初速度相同，必须每次都从斜面上同一位置释放，B错误； C．只要保证小球离开桌面后做平抛的初速度相同即可，故小球与斜面的摩擦不会影响实验结果，C正确。 故选C； ②根据平抛知识，水平方向有，竖直方向有 整理得，A正确，BC错误。 故选A。 2．(1)AC (2) 60 60 2.0 【详解】（1）A．平抛运动是在竖直平面内的运动，背板要竖直，否则小球在打到挡板前会撞到背板，故A正确； B．上下移动倾斜挡板N时不需要等间距移动，故B错误； C．实验需要保证小球飞出斜槽M的初速度方向为水平方向，大小一致，所以斜槽M可以不光滑，但斜槽轨道末端必须保持水平，故C正确； D．由于打出的点存在偶然误差，有个别偏离轨迹太远的点要舍弃，其余的点尽量分布在光滑曲线的两侧，以减小误差，故D错误。 故选AC。 （2）[1]根据1、2、3点水平方向的距离均为2格，所以一个频闪照相的时间内水平位移 4点的横坐标为 保留两位有效数字得 [2]1、2点的竖直距离为1格，2、3点的竖直距离为2格，即， 由于是频闪照相，根据 得 解得， 所以4点的纵坐标为 保留两位有效数字得 [3] 小球平抛的初速度大小为 保留两位有效数字得 3．(1)BC (2)调节斜槽末端使其水平 (3) 抛物线 【详解】（1）A．小球从适当高度释放即可，释放小球的初始位置太高，需要的木板越宽，不利于实验，故A错误； B．调整木板，使之与小球下落的竖直面平行，如果不平行，小球可能会与木板发生碰撞，故B正确； C．小球做平抛运动时要靠近木板但不能与木板接触，否则会影响小球的平抛运动轨迹，故C正确； D．应用平滑的曲线连接描绘的点得到小球的运动轨迹，故D错误。 故选BC。 （2）小球能自动滚下，说明斜槽末端倾斜，所以要调节斜槽末端使其水平。 （3）[1]根据平抛运动规律，在水平方向有 在竖直方向有 解得 由此可知在图像中，图线是一条过原点的直线，说明小球运动的轨迹形状是抛物线; [2]根据上述分析可知，图像的斜率 解得 4．(1)A (2)较高 (3) 1.5 2.5 不是 【详解】（1）在甲图所示的实验中，A球平抛，B球自由下落，同时落地，说明平抛运动竖直方向是自由落体运动。 故选A。 （2）两条平抛的轨迹，取相同的竖直高度，根据 可知平抛的时间相同，在水平方向上有 图线①的水平位移长，其初速度较大，需要从较高的位置滚下，才能获得较大初速度。 （3）[1]由题知，每个正方形小格的边长为L=5.00cm，由图丁，可知A、B的竖直位移为3L，B、C的竖直位移为5L，在竖直方向有 解得 又A、B与B、C的水平位移都为，则有 解得 [2]小球在B点的竖直分速度大小为 则小球在B点的速度大小为 [3]根据平抛运动规律，可得小球从抛出点到B点的时间为 小球从抛出点到B点的水平位移为 而由图丁可知点到B点的水平距离为 可知小球并没有经过点，则点不是小球做平抛运动的抛出点。 5．(1) 0.071 2.1 9.8 (2)二 【详解】（1）[1]频闪照片的拍摄频率，则拍照时间间隔为 [2]水平方向上有 解得小球的水平初速度为 [3]竖直方向上有 解得当地的重力加速度为 （2）由中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，小球经过点时的竖直速度为 则抛出点到点的竖直高度为 则抛出点距点的高度为 可知小球实际的抛出位置在A点上方第二层砖内。 6．(1)BC (2) A C (3) 9.84 1.0 (4)大于 【详解】（1）B．为了让小球在斜槽末端获得水平方向的速度以保证小球做平抛运动，则斜槽末端必须水平，故B正确； AC．该实验中只要保证小球每次都从斜槽上同一高度由静止释放，则可保证小球每次做平抛运动的初速度相同，不需要斜槽轨道必须光滑，故A错误，C正确； D．由于平抛运动的轨迹为抛物线，因此应该用平滑的曲线将坐标纸上确定的点连接起来，故D错误。 故选BC。 （2）[1]由图可知，小球的运动轨迹为斜向上的抛物线，说明小球抛出时速度方向不水平，即斜槽末端不水平。 故选A。 [2]由图可知，记录的点迹呈现无规律的情况，说明每次由静止释放小球的位置不同，小球每次从斜槽末端抛出时的速度大小不同，则小球每次运动的抛物线轨迹不同。 故选C。 （3）[1]频闪光源的频率为20Hz，所以周期为 竖直方向上，有 解得 [2]水平方向，有 解得小球平抛的初速度大小为 小球运动到B点时速度的竖直分量为A点到C点竖直方向的平均速度，即 所以小球运动到B点时的速度大小为 （4）若频闪频率实际略小于20Hz，则周期测量值偏小，则重力加速度的测量值大于真实值。 7．(1)AB (2) 1.50 见解析 【详解】（1）A．选择体积小、质量大，即密度大的小球，可减小空气阻力的影响，故A正确； B．斜槽末端必须水平，以保证平抛初速度水平，故B正确； C．斜槽的摩擦力对实验无影响，故C错误。 故选AB。 （2）①[1]小球在水平方向的速度大小 ②[2]小球做平抛运动过程，有， 联立，解得 结合拟合得到轨迹方程为，可得 由此求得当地重力加速度 ③[3]方法一：作图法，绘制图像，通过重力加速度与斜率k的关系求解。 方法二：根据逐差法计算重力加速度。 8．(1)AD (2)CD (3) (4) 由于水柱的流量不变，即单位时间流出的水的体积不变，所以当测量读数太慢时，塑料筒中的水的高度下降，出水口处水的压强减小，水的流速减小，所以水平射程x的数值变小 为了减小实验误差，应选用直径较小的容器，因为容器直径越小，出水口处水的压强越接近塑料筒中的水的高度决定的压强，水的流速越稳定，水平射程x的数值越稳定 【详解】（1）A．每次必须从同一高度由静止释放钢球，以保证小球到达斜槽底端速度相同，故A正确； B．斜槽轨道不必须光滑，只需保证每次必须从同一高度由静止释放钢球，每次克服阻力做功相同，小球到达斜槽底端速度相同，故B错误； C．挡板不需要等间隔上下移动，故C错误； D．装置的背板必须竖直放置，故D正确。 故选AD。 （2）A．根据竖直方向初速度为零匀加速规律可知，若 则运动时间相同，满足 即可说明水平匀速运动，故A错误； B．若 竖直方向位移相同，但竖直是加速运动，时间不等，故B错误； C．根据， 整理可得 其中k是常数，故C正确； D．根据以上分析可知 在轨迹上取若干点获取数据，画出的图像是一条过原点的直线，故D正确。 故选CD。 （3）水平方向 竖直方向， 解得 （4）由于水柱的流量不变，即单位时间流出的水的体积不变，所以当测量读数太慢时，塑料筒中的水的高度下降，出水口处水的压强减小，水的流速减小，所以水平射程x的数值变小； 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $