人教版高中物理新教材同步講義必修第二冊 第5章 專題強化　實驗：探究平拋運動的特點（含解析）

實驗：探究平拋運動的特點1.如圖所示是采用頻閃照相的方法拍攝到的小球做平拋運動的照片．背景標尺每小格邊長均為L＝5cm，則：(1)由圖可知，小球在水平方向做________運動，理由是__________________________．(2)拍攝時每_______s曝光一次，平拋運動的初速度為_______m/s.(取重力加速度g＝10m/s2)答案(1)勻速直線在水平方向上相等時間內(nèi)通過相等的位移(2)0.11解析(2)設(shè)每次曝光的時間間隔為T，在豎直方向上，根據(jù)Δy＝aT2，可知2L＝gT2，則T＝eq\r(\f(2L,g))＝0.1s；小球在水平方向做勻速直線運動，則v0＝eq\f(2L,T)＝1m/s.2．(2021·郴州市高一期末)三個同學根據(jù)不同的實驗條件，進行了探究平拋運動規(guī)律的實驗：(1)甲同學采用如圖甲所示的裝置．用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘打擊的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明____________________________________________.(2)乙同學采用如圖乙所示的裝置．兩個相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看作與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道出口處的水平初速度v0相等．現(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是______________________．僅僅改變弧形軌道M的高度，重復上述實驗，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明____________________.(3)丙同學采用頻閃照相的方法拍攝到如圖丙所示的小球做平拋運動的照片，圖中每個小方格的邊長為L＝2.5cm，則由圖可求得拍攝時每________s曝光一次，該小球做平拋運動的初速度大小為________m/s(g取10m/s2)．答案(1)平拋運動的豎直分運動是自由落體運動(2)兩球P、Q相碰平拋運動的水平分運動是勻速直線運動(3)0.051.0解析(1)金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開自由下落，兩球同時落地，改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，知A球豎直方向上的運動規(guī)律與B球相同，即平拋運動的豎直分運動是自由落體運動．(2)兩小球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端射出．實驗可觀察到兩球相碰，知P球水平方向上的運動規(guī)律與Q球相同，即平拋運動在水平方向上的分運動是勻速直線運動．(3)因為小球在水平方向上做勻速直線運動，在豎直方向上做自由落體運動．根據(jù)Δy＝gT2，即L＝gT2，解得T＝eq\r(\f(L,g))＝eq\r(\f(0.025,10))s＝0.05s，又因為2L＝v0T，解得v0＝1.0m/s.3.某物理興趣小組在做“探究平拋運動的特點”的實驗時，分成兩組，其中一個實驗小組讓小球做平拋運動，用頻閃照相機對準方格背景照相，拍攝到如圖所示的照片，已知每個小方格邊長為10cm，當?shù)氐闹亓铀俣萭取10m/s2，其中第4點處的位置被污跡覆蓋．(1)若以拍攝的第1點為坐標原點，以水平向右和豎直向下為正方向建立直角坐標系，被拍攝的小球在第4點的位置坐標為(______cm，______cm)；(2)小球平拋的初速度大小為________m/s；(3)另一個實驗小組的同學正確地進行了實驗并正確地描繪了運動軌跡，測量了軌跡上的不同點的坐標值，根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)以y為縱軸，x2為橫軸，在坐標紙上畫出對應(yīng)的圖像為過原點的直線，并測出直線斜率為2，則平拋運動的初速度v0＝________m/s.答案(1)6060(2)2(3)eq\f(\r(10),2)4.(2022·重慶市實驗中學高一階段練習)如圖所示，在研究平拋運動的實驗中：(1)為準確確定坐標軸，還需要的器材是________；A．彈簧測力計 B．重垂線C．打點計時器 D．天平(2)實驗中，下列說法正確的是________；A．小球每次從斜槽上不相同的位置自由滾下B．斜槽軌道必須光滑C．要使描出的軌跡更好地反映真實運動，記錄的點應(yīng)適當多一些D．為了比較準確地描出小球運動的軌跡，應(yīng)該用一條曲線把所有的點連接起來(3)在做該實驗時某同學只記錄了小球運動的軌跡上的A、B、C三點，已知相鄰兩點的時間間隔相等，并以A點為坐標原點建立了直角坐標系，得到如圖所示的圖像，g取10m/s2.①根據(jù)圖像求出相鄰兩點的時間間隔為________s；②根據(jù)圖像求出小球做平拋運動的初速度大小為________m/s；③小球運動到B點時的速度大小為________m/s.(結(jié)果可含根號)答案(1)B(2)C(3)0.122eq\r(2)解析(1)為準確確定坐標軸，還需要的器材是重垂線，故B正確．(2)為了使小球每次從斜槽末端拋出時的速度相同，小球每次應(yīng)從斜槽上相同的位置由靜止自由滾下，而斜槽軌道是否光滑對本實驗無影響，故A、B錯誤；要使描出的軌跡更好地反映真實運動，記錄的點應(yīng)適當多一些，故C正確；由于實驗中存在誤差，坐標紙上所記錄的點不可能嚴格地分布在一條拋物線上，所以在繪制小球運動的軌跡時，應(yīng)先舍去一些誤差較大的點，將誤差較小的點用平滑曲線連接起來，而這些點有的可能在曲線上，有的可能靠近曲線并均勻分布在曲線兩側(cè)，故D錯誤．(3)①設(shè)相鄰兩點的時間間隔為T，則根據(jù)運動學公式有Δy＝y(tǒng)BC－yAB＝gT2代入數(shù)據(jù)解得T＝0.1s，②小球做平拋運動的初速度大小為v0＝eq\f(xAB,T)＝2m/s③小球運動到B點時的豎直分速度大小為v1＝eq\f(yAB＋yBC,2T)＝2m/s小球運動到B點時的速度大小為vB＝eq\r(v02＋v12)＝2eq\r(2)m/s.5．(2021·蘇州實驗中學高一開學考試)如圖為研究平拋運動的實驗裝置，在實驗過程中A球在斜槽末端水平拋出時撞開輕質(zhì)接觸式開關(guān)(未畫出)，被電磁鐵吸住的B球同時在等高位置自由下落，借助頻閃相機記錄兩個小球下落過程中的位置．請回答下列問題：(1)頻閃相機記錄A、B兩球在下落過程中不同時刻的位置，關(guān)于該實驗的原理或現(xiàn)象，下列說法正確的是________．A．該實驗用比較的方法來探究A球在豎直方向上的分運動規(guī)律B．該實驗用測量的方法來探究A球在豎直方向上的分運動規(guī)律C．從實驗現(xiàn)象中可以得出A球在豎直方向上的分運動是自由落體運動D．從實驗現(xiàn)象中可以得出A球在豎直方向上的分運動是勻速直線運動(2)根據(jù)兩小球各自的運動特點，判斷兩小球在到達水平槽之前是否發(fā)生了碰撞？________(填“是”或“否”)．(3)利用頻閃相片研究A球的平拋運動，將坐標原點設(shè)在球A0所在的球心位置，建立以水平向右為x軸，豎直向下為y軸的坐標系，測量并記錄A1的坐標為(x1，y1)，A2的坐標為(x2，y2)，若小球A在水平方向上做勻速直線運動，則x1和x2的數(shù)值關(guān)系應(yīng)為________．利用得到的數(shù)據(jù)可以計算出頻閃周期T＝_______.(已知當?shù)刂亓铀俣葹間，結(jié)果用x1、y1、y2表示)答案(1)AC(2)是(3)x2＝2x1eq\r(\f(y2－2y1,g))解析(1)A球做平拋運動，B球做自由落體運動；將球A的運動沿水平方向和豎直方向正交分解，在下落過程中發(fā)現(xiàn)A、B兩個小球下落的高度總是相等，即A球的豎直分運動與B球完全相同，說明平拋運動的豎直分運動是自由落體運動．故選A、C.(2)B球做自由落體運動，根據(jù)相機記錄的圖像可知，B球在到達B3位置時偏離了原來的豎直方向，說明在該時刻前兩小球已發(fā)生碰撞，故兩小球在到達水平槽之前已發(fā)生了碰撞．(3)因為頻閃時間相同，小球A在水平方向做的是勻速直線運動，則相等的時間內(nèi)位移相等，則x1和x2的數(shù)值關(guān)系應(yīng)為x2＝2x1，在豎直方向上Δy＝gT2＝(y2－y1)－y1，則有T＝eq\r(\f(y2－2y1,g)).6．在做“探究平拋運動的特點”的實驗時：(1)為使小球水平拋出，必須調(diào)整斜槽，使其末端的切線________．(2)小球拋出點的位置必須及時記錄在白紙上，然后從這一點畫水平線和豎直線作為x軸和y軸，豎直線是用________來確定的．(3)某同學通過實驗得到的軌跡如圖甲所示，判斷O點是否是拋出點：________(選填“是”或“否”)．(4)該同學在軌跡上選取間距較大的幾個點，確定其坐標，并在直角坐標系內(nèi)繪出了y－x2圖像，如圖乙所示，則此小球平拋的初速度v0＝____m/s.(取g＝10m/s2)答案(1)水平(2)重垂線(3)是(4)0.5解析(1)研究平拋運動時應(yīng)保證小球的初速度水平，即調(diào)整斜槽末端的切線水平；(2)豎直方向用重垂線確定，因為小球在豎直方向所受的重力是豎直向下的；(3)由軌跡可知，在相等的時間內(nèi)，豎直方向的位移之比為1∶3∶5，表明豎直方向是自由落體運動，O點是拋出點；(4)根據(jù)y＝eq\f(1,2)gt2，x＝v0t得，平拋運動的軌跡方程為y＝eq\f(g,2v02)x2，則y－x2圖像的斜率為eq\f(g,2v02)＝eq\f(0.8,0.04)m－1＝20m－1，解得v0＝0.5m/s.7．在做“探究平拋運動的特點”的實驗中，為了確定小球不同時刻在空中所通過的位置，實驗時用了如圖所示的裝置．先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平整的木板表面釘上白紙和復寫紙．將該木板豎直立于水平地面上，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠離槽口平移距離x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；將木板再向遠離槽口平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，得到痕跡C.若測得木板每次移動距離x＝10.00cm，A、B間距離y1＝5.02cm，B、C間距離y2＝14.82cm.請回答以下問題：(重力加速度g＝9.80m/s2)(1)為什么每次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放？___________________.(2)每次把木板移動相同的水平距離，原因是：_______________________________.(3)根據(jù)以上直接測量的物理量求得小球初速度的表達式為v0＝_____.(用題中所給字母表示)(4)小球初速度的值為v0＝________m/s.答案見解析解析(1)為了確保小球每次拋出的軌跡相同，應(yīng)該使拋出時的初速度相同，因此每次都應(yīng)使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放；(2)因為小球水平方向做勻速直線運動，由x＝v0t知，若x相同，則時間t相等；(3)在豎直方向上：Δy＝y(tǒng)2－y1＝gt2，t＝eq\r(\f(y2－y1,g))水平方向上：x＝v0t，初速度：v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,y2－y1))；(4)代入數(shù)據(jù)解得：v0＝1.00m/s.8．(2022·成都七中高一階段練習)圖甲是“研究平拋運動”的實驗裝置，斜槽末端口N與小球離地面的高度均為H，實驗時，當P小球從斜槽末端飛出與擋片相碰時，立即斷開電路使電磁鐵釋放Q小球，發(fā)現(xiàn)兩小球同時落地，改變H大小，重復實驗，P、Q仍同時落地．(1)關(guān)于實驗條件的說法，正確的有________；A．斜槽軌道末段N端必須水平B．斜槽軌道必須光滑C．P小球可以從斜槽上不同的位置無初速度釋放D．P小球每次必須從斜槽上相同的位置無初速度釋放(2)該實驗結(jié)果可表明________．A．兩小球落地速度的大小相同B．兩小球在空中運動的時間相等C．P小球在豎直方向的分運動與Q小球的運動相同D．P小球在水平方向的分運動是勻速直線運動(3)若用一張印有小方格(小方格的邊長為L＝2.5cm)的紙記錄P小球的軌跡，小球以同一初速度平拋運動途中的幾個位置如圖乙中的a、b、c、d所示，重力加速度g＝10m/s2.則：P小球在b點的瞬時速度的大小為v0＝________m/s.若以a點為坐標原點，水平向右為x軸，豎直向下為y軸，則拋出點的坐標為________(結(jié)果以厘米為單位)．答案(1)AC(2)BC(3)1.25(－2.5cm，－0.3125cm)解析(1)為了保證小球離開斜槽末端時的初速度的方向沿水平方向，斜槽軌道末段N端必須水平，A正確；斜槽軌道光滑與否對實驗沒有影響，B錯誤；這個實驗只驗證豎直方向的自由落體運動，水平速度無影響，不需要每次水平初速度相同，可以在不同位置釋放小球，C正確，D錯誤．(2)該實驗結(jié)果可表明P小球在豎直方向的分運動與Q小球的運動相同，且兩小球同時落地，故兩小球在空中運動的時間相等，A、D錯誤，B、C正確．(3)小球P在豎直方向做自由落體運動，在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向，根據(jù)勻變速直線運動的推論可得Δy＝gT2代入數(shù)據(jù)，解得T＝eq\r(\f(Δy,g))＝eq\r(\f(ybc－yab,g))＝eq\r(\f(2.5×10－2,10))s＝0.05s根據(jù)公式，可得水平方向的速度為vx＝eq\f(x,T)＝eq\f(2.5×2×10－2,0.05)m/s＝1m/s豎直方向，根據(jù)勻變速直線運動的推論，即中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平