4.4实验：探究平抛运动的特点 探究向心力大小与半径、角度度、质量的关系 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦平抛运动和向心力两大实验，通过验证性与探究性题型结合，系统训练运动分解与控制变量法，强化科学探究与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |平抛运动实验|5题（含轨迹分析、装置选择）|验证分运动性质、装置规范、轨迹数据处理|从运动分解到轨迹分析，构建平抛运动模型| |向心力实验|4题（含控制变量、参数关联）|控制变量法应用、塔轮参数匹配、向心力比值计算|围绕F=mrω²，探究变量关系与实验设计|

4.4实验：探究平抛运动的特点 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系专项训练 2027届高考物理一轮复习 一、实验题 1．在某次探究平抛运动的实验中： （1）如图甲所示，用小锤打击弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球由静止自由下落，可观察到两小球同时落地；改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两小球仍然同时落地。这说明平抛运动的物体在竖直方向上做________（填“自由落体”或“匀速直线”）运动。 （2）如图乙所示，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，斜槽与白纸的固定位置正确的是________ A．   B．   C．    D． （3）钢球沿斜槽轨道PO滑下后从O点飞出，落在水平挡板MN上。钢球落在挡板上时，钢球会在白纸上挤压出一个痕迹点，移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。 （4）该小组同学通过实验记录了若干点迹，由图丙可知，A点不是小球的抛出点，请在图丙中标出小球的抛出点，用“”表示______。若图丙中每个方格的边长为5cm，重力加速度g取，由此可计算出小球由A点移动到B点的时间为________s（保留1位有效数字）。 2．某兴趣小组用图甲所示的装置研究平抛运动特点。 (1)击打弹簧片，小球 2 平抛的同时小球 1 竖直下落，如果改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，重复实验，均发现两个小球总是同时落地，则说明小球 2 在竖直方向上的分运动是_____。 (2)小球 2 水平飞出后，利用手机记录小球做平抛运动的轨迹。该实验小组利用软件分析得到小球的水平位移和竖直位移随时间变化的图线如图乙所示, 但是遗漏了时间信息。结合平抛运动特征，可知图线_____（选填“甲”或“乙”）为水平位移随时间变化图。 已知当地重力加速度 ，则此次小球做平抛运动的初速度约为_____ （结果保留两位有效数字）。 3．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10m/s2，则该小球做平抛运动的过程中，B点的速度大小vB=________m/s小球的抛出点是否在O点________（选填“是”或“不是”）。 4．为了在一个未知星球上用如图甲所示装置研究平抛运动的规律。悬点正下方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，、、、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，则： (1)a点速度是否水平_______（是/否） (2)由以上信息可以算出，该星球表面重力加速度是_______。 (3)小球平抛的初速度大小是_______m/s，小球在d点时竖直方向速度大小是_______m/s。 5．三位同学采用不同的实验方案进行“探究平抛运动规律”的实验。 (1)甲同学采用图1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。多次改变装置的高度，同时改变小锤打击的力度，两球仍然同时落地，这说明___________。 A．a球竖直方向的分运动是自由落体运动 B．a球水平方向的分运动是匀速直线运动 C．a球运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动 (2)乙同学采用图2所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N，上端分别装有电磁铁C、D，轨道右端切线均水平、且位于同一条竖直线上，其中N的末端可看作与光滑的水平板相切。调节电磁铁C、D的高度，使，将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两铁球同时从轨道M、N的末端以相同的水平初速度射出，实验可观察到铁球P、Q同时到达水平轨道上同一位置相碰，初步说明铁球P__________________________________。 (3)丙同学采用图3所示的装置。通过描点在坐标纸上记录下小球平抛运动中时间间隔相等的三个位置A、B、C，但没有记录平抛运动的起点位置，如图4所示。已知坐标纸每小格的边长为5.0cm，不计空气阻力，则该相等的时间间隔_________s，小球做平抛运动的初速度_________。取重力加速度。（均保留两位有效数字） (4)丙同学将实验方案做了改变，如图5所示，他把桌子搬到墙的附近，调整好仪器，使从斜槽轨道固定位置P滚下的小球能够打在正对的墙上，把白纸和复写纸附着在墙上，记录小球的落点。该同学在实验中仅水平移动桌子，使固定于斜槽末端的重锤线依次处于图中1、2、3的位置进行实验，1与2的水平间距等于2与3的水平间距。通过三次实验，记录到小球在白纸上同一竖直线上的三个落点，则下列三幅图中_________图可能正确。 6．某实验小组利用如图所示的向心力演示器“探究小球做匀速圆周运动向心力与小球质量、角速度和运动半径之间的关系”。匀速转动手柄1，可使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随之做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的弹力提供。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。 (1)本实验主要采用的实验方法是________。 A．微小量积累法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．放大法 (2)若要研究向心力与半径的关系，需将两个质量相同的小球分别放置在________（选填“、”“A、C”或“B、C”）处，将传动皮带套在半径________（选填“”“”或“”）的左右两个塔轮上。 (3)若要研究向心力与角速度的关系，需将相同质量的两小球分别放在挡板Ａ和挡板Ｃ处，将皮带连接在左、右塔轮半径之比为的塔轮上，匀速转动手柄，当左边标尺露出1个等分格时，右边标尺露出________个等分格，说明做匀速圆周运动的物体，在质量和运动半径一定时，向心力与________成正比。 7．某探究小组用如图甲所示的装置来探究向心力大小的表达式，挡板A、B、C到各自转轴的距离之比为，标尺显示格数表示向心力的大小；图乙是左、右塔轮的三种组合方式，从第一层到第三层的左、右半径之比分别为、和。请回答以下问题： (1)在研究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系时，我们要用到物理学中的______； A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．演绎推理法 (2)若选择第三层的左、右塔轮组合方式，将两个质量相等的小球分别放在挡板C和挡板______（选填“A”或“B”）处，可探究向心力大小与小球______（选填“质量”、“半径”或“角速度”）的关系； (3)图中所示，若两个钢球质量和运动半径相等，图中标尺上黑白相间的等分格显示出钢球A和钢球C所受向心力的比值为1∶4，则与皮带连接的变速塔轮1和变速塔轮2的半径之比为______。 A．2∶1 B．1∶2 C．4∶1 D．1∶4 8．某同学利用手机和自行车探究圆周运动的相关知识。已知手机的加速度传感器既可以测量合加速度大小a，又可以测量x、y、z三个方向的加速度大小、、，如图（a）所示。将自行车架起，手机固定在自行车后轮轮毂上①位置（手机x、y平面始终与竖直面重合），如图（b）所示，后轮转动带动手机在竖直面内做圆周运动。 (1)后轮加速转动，手机可测到_______不为零（填标号）。 A．x、y方向的加速度值 B．x、z方向的加速度值 C．y、z方向的加速度值 (2)后轮匀速转动 ①利用秒表测出后轮转动N圈的时间为t，则角速度为_______（用N、t表示）。 ②测量多组加速度大小a与角速度的数据后，为了直观得出它们的关系，应作出a-_______（选填“”或“”）图像。 ③利用装置测量加速度传感器在手机中的位置。 如图（c）所示，将手机固定在顶角与转轴重合的②位置，建立平面直角坐标。重复（2）中操作，作出加速度与角速度关系的图像，并通过图像计算出斜率为，则加速度传感器到轮毂转轴的距离为_______，加速度传感器在手机中的位置坐标_______，_______。（均用、、、中部分字母表示） 9．某科技小组设计了图甲所示的实验装置，来研究圆周运动的规律，纸带的一端固定在水平放置的圆盘边缘处，另一端穿过打点计时器，让圆盘绕中心轴旋转起来，纸带就会紧紧缠绕在圆盘上，根据纸带上的打点情况，来研究圆周运动的规律。已知圆盘的半径为，打点计时器所接交流电的频率为。请回答下列问题： (1)实验时，先接通打点计时器电源，若让圆盘以固定的角速度匀速转动起来，在纸带未绕圆盘一周之前，打点计时器所打点的间隔是_____（选填“均匀”或“非均匀”）的。 (2)若让圆盘从静止开始转动，在纸带未绕圆盘一周之前，获得的部分纸带如图乙所示，相邻计数点间还有4个点没有画出，则这部分纸带_____（选填“是”或“不是”）做匀变速运动，判断依据是_____，打点计时器打点时，圆盘的边缘点的向心加速度大小为_____（结果保留2位有效数字）。 参考答案 1． 自由落体 C 0.1 2．(1)自由落体运动 (2) 甲 2.5 3．(1)A (2)较高 (3) 2.5 不是 4．(1)是 (2)12 (3) 1.2 3.6 5．(1)A (2)水平分运动为匀速直线运动 (3) 0.10 2.0 (4)B 6．(1)C (2) B、C (3) 9 角速度的平方（或ω2） 7．(1)C (2) A 角速度 (3)A 8．(1)A (2) 9．(1)均匀 (2) 是 相邻间隔的位移之差均近似为，为定值。 2.6 学科网（北京）股份有限公司 $