2022屆高考物理實驗強化訓(xùn)練03 探究平拋運動（解析）

備戰(zhàn)2022屆高考物理實驗專題強化訓(xùn)練

專題三探究平塘運動

知識點一、實驗方案

1.實驗?zāi)康?/p>

(1)用實驗的方法描出平拋運動的軌跡

(2)判斷平拋運動的軌跡是否為拋物線

(3)根據(jù)平拋運動的軌跡求其初速度

2.實驗原理

平拋物體的運動可以看做是兩個分運動的合運動：一個是水平方向的勻速直線運動，另一個是豎直方向的

自由落體運動。令小球做平拋運動，利用描點描出小球的運動軌跡，即小球做平拋運動的曲線，建立坐標

系。

測出曲線上某一點的坐標x和y,根據(jù)重力加速度g的數(shù)值，利用公式y(tǒng)=產(chǎn)求出小球飛行時間，=2上

2Vg

利用公式*="，求出小球的水平分速度丫=七且，即為小球做平拋運動的初速度。

N2y

3.實驗器材

斜槽、小球、木板、坐標紙、圖釘、鉛垂線、直尺、三角板、鉛筆等。

4.實驗步驟

(1)安裝調(diào)整斜槽：用圖釘把白紙釘在豎直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法調(diào)整斜槽，即

將小球輕放在斜槽平直部分的末端處，能使小球在平直軌道上的任意位置靜止，就表明斜槽已調(diào)好。

(2)調(diào)整木板：用懸掛在槽口的重錘線把木板調(diào)整到豎直方向、并使木板平面與小球下落的豎直面平行。

然后把重錘線方向就到釘在木板的白紙上，固定木板，使在重復(fù)實驗的過程中，木板與斜槽的相對位置保

持不變。

(3)確定坐標原點0：把小球放在槽口處，用鉛筆記下球在槽口時球心在坐標紙上的水平投影點0,0即為

坐標原點。

(4)描繪運動軌跡：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，調(diào)整卡片的位置，

使從槽上滾下的小球正好穿過卡片的孔，而不擦碰孔的邊緣。用鉛筆在卡片缺口處的白紙上點個黑點，這

就在白紙上記下了小球穿過孔時球心所對應(yīng)的位置

知識點二、數(shù)據(jù)處理

1.記住原點

知識點三、誤差分析

1.安裝斜槽時，其末端切線不平而產(chǎn)生誤差

2.建立坐標系時，以斜槽末端端口位置為坐標系原點，實際上應(yīng)以球的球心在木板上的水平投影點為坐標

原點

3.數(shù)據(jù)測量時，測量不準確而產(chǎn)生誤差

4.確定小球位置不準確而產(chǎn)生誤差

知識點四、注意事項

1.保證斜槽末端的切線水平，方木塊豎直且與小球下落的平面平行，并使小球運動時靠近木板，但不接觸。

2.小球每次都從斜槽上同一位置又靜止?jié)L下

3.小球做平拋運動的起點不是槽口的端點，應(yīng)是小球在槽口時，球的重心在木板上的水平投影點。

4.小球在斜槽上開始滾下的位置要適當(dāng)，以便使小球運動的軌跡由木板的左上角到右下角

5.要選取距0點遠些的點來計算小球的初速度

題型一：對實驗操作的考查

I.圖1是“研究平拋物體運動”的實驗裝置圖，通過描點畫出平拋小球的運動軌跡。

(1)以下是實驗過程中的一些做法，其中合理的有。

安裝斜槽軌道，使其末端保持水平

b.每次小球釋放的初始位置可以任意選擇

c.每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放

d.為描出小球的運動軌跡，描繪的點可以用折線連接

題型二：對數(shù)據(jù)處理及誤差的考查

采用如圖所示的實驗裝置做“研究平拋運動”的實驗

(1)實驗時需要下列哪個器材—

A.彈簧秤B.重錘線C.打點計時器

(2)做實驗時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫出小球平拋運動的軌跡。下列的一些操作要

求，正確的是—

A.每次必須由同一位置靜止釋放小球

B.每次必須嚴格地等距離下降記錄小球位置

C.小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙相接觸

D.記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些

(3)若用頻閃攝影方法來驗證小球在平拋過程中水平方向是勻速運動，記錄下如圖所示的頻閃照片。在

測得X1,X2,X3,X4后，需要驗證的關(guān)系是。已知頻閃周期為T,用下列計算式求得的

水平速度，誤差較小的是—

(1).B(2).ACD(3).%4-=%3—%2==久1(4).D

【解析】

【詳解】（I）實驗時需要重錘線來確定豎宜方向，不需要彈簧秤和打點計時器，故選B.

（2）實驗時每次必須由同一位置靜止釋放小球，以保證小球到達最低點的速度相同，選項A正確；

每次不一定嚴格地等距離下降記錄小球位置，選項B錯誤：

小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙相接觸，否則會改變運動軌跡，選項C正確；

記錄的點應(yīng)適當(dāng)多一些，以減小誤差，選項D正確。

（3）因相鄰兩位置的時間間隔相同，則若小球在平拋過程中水平方向是勻速運動，則滿足:X4-X3=X3-X2=X2-X|

=X|；由小球最后一個位置與第一個位置的水平距離計算求得的水平速度誤差較小，則用券計算式求得的水

平速度誤差較小，故選D.

題型三：實驗創(chuàng)新及改進

如圖，研究平拋運動規(guī)律的實驗裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水

平初速度和飛行時間，底板上的標尺可以測得水平位移。

保持水平槽口距底板高度〃=0.420m不變。改變小球在斜槽導(dǎo)軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運動

的初速度如、飛行時間f和水平位移乩記錄在表中。

⑴由表中數(shù)據(jù)可知，在〃一定時，小球水平位移d與其初速度vo成關(guān)系，與無關(guān)。

⑶另一位同學(xué)分析并糾正了上述偏差后，另做了這個實驗，競發(fā)現(xiàn)測量值，依然大于自己得到的理論值f

理，但二者之差在3-7ms之間，且初速度越大差值越小。對實驗裝置的安裝進行檢查，確認斜槽槽口與底

座均水平，則導(dǎo)致偏差的原因是o

答案：（1）正比時間

（2）g取值10m/s2偏大

（3）水平槽口距底板高度//較大，小球飛行時受到空氣阻力作用

解析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，在人一定時，小球水平位移d與其初速度w成正比關(guān)系，與時間無關(guān)。

（2）計算小球飛行時間的理論值%=*=霽變=289.8ms中，g不能取值10m/s2,應(yīng)該取值

g=9.8m/s,這樣計算出的/=292.8ms,,

（3）導(dǎo)致偏差的原因是：水平槽口距底板高度較大，小球飛行時受到空氣阻力作用

課后練習(xí)

1.2019年物理北京卷

用如圖1所示裝置研究平地運動。將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道

滑下后從。點飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側(cè)面會

在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點。

圖1

（1）下列實驗條件必須滿足的有.

A.斜槽軌道光滑

B,斜槽軌道末段水平

C.擋板高度等間距變化

D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球

（2）為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。

a.取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于。點，鋼球的（選填“最上端”、"最下端'’或

者“球心”）對應(yīng)白紙上的位置即為原點；在確定y軸時（選填“需要”或者"不需要”）y軸與重錘線平

行。

b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖2所示，在軌跡上取A、夙C三點，

AB和BC的水平間距相等且均為x,測得AB和BC的豎直間距分別是yi和％,則廿_____-（選填“大

,'23

于“、"等于'’或者"小于可求得鋼球平拋的初速度大小為（已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間,結(jié)

果用上述字母表示）。

（3）為了得到平拋物體的運動軌跡，同學(xué)們還提出了以下三種方案，其中可行的是o

A.從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡

B.用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時刻的位置，平滑連接各位置，即可得到平拋運動軌跡

C.將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，將會在白紙上留下

筆尖的平拋運動軌跡

圖2

（4）伽利略曾研究過平拋運動，他推斷：從同一炮臺水平發(fā)射炮彈，如果不受空氣阻力，不論它們能

射多遠，在空中飛行的時間都一樣。這實際上揭示了平拋物體。

A.在水平方向上做勻速直線運動

B.在豎直方向上做自由落體運動

C.在下落過程中機械能守恒

(5)牛頓設(shè)想，把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點就一次比一次遠，如果速度足夠

大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星。

同樣是受地球引力，隨著拋出速度增大，物體會從做平拋運動逐漸變?yōu)樽鰣A周運動，請分析原因。

8

【答案】(1).BD(2).球心(3).需要(4).大于(5).v0=x(6).B(7).

丫為一乂

B(8).利用平拋運動的軌跡的拋物線和圓周運動知識證明即可

【解析】

【詳解】根據(jù)平拋運動的規(guī)律：水平方向勻速直線運動，豎直方向自由落體運動解答。

(I)本實驗中要保證小球飛出斜槽末端時的速度為水平，即小球做平拋運動，且每次飛出時的速度應(yīng)相同，

所以只要每次將小球從斜槽上同一位置由靜止釋放即可，故BD正確；

(2)a.平拋運動的起始點應(yīng)為鋼球靜置于Q點時，鋼球的球心對應(yīng)紙上的位置，由于平拋運動在豎直方向做

自由落體運動，所以在確定y軸時需要y軸與重錘線平行；

b.由初速度為零的勻加速宜線運動規(guī)律即在相等時間間隔內(nèi)所通過的位移之比為1:3:5:7:....可知，由于

y.12

A點不是拋出點，所以一＞1：設(shè)A3,BC間所用的時間為T,豎直方向有：%-X=gT-，水平方向

%J

有：,聯(lián)立解得：％=xJ-；

\y2-y1

(3)A項：從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱，由于細水柱射出后受到空氣阻力的作用，；且水的液面高的時候

速度大，液血低的時候速度小，故不可行

B項：用頻閃照相在同一底片上記錄小球不同時刻的位置即平拋運動的軌跡上的點，平滑連接在一起即為

平拋運動軌跡，所以此方案可行；

C項：將鉛筆垂直于豎直的白板放軒，以一定初速度水平拋出，筆尖與白紙間有摩擦阻力的作用，所以鉛

筆作的不是平拋運動，故此方案不可行；

(4)由平拋運動豎直方向運動可知，&=時間t=J殳，所以只要高度相同，時間相同，故B正確；

I1式夕

(5)由平拋運動可知，豎直方向：/z=5g?,水平方向：x=vot,聯(lián)立解得：丫=翁廣，即拋出物體的軌

跡為拋物線，當(dāng)拋出的速度越大，在拋物線上某點的速度足以提供該點做圓周運動的向心力時，物體的軌

跡從拋物線變?yōu)閳A。

2.（2021年高考全國乙卷物理試題）9.某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運動的規(guī)律。實驗時該同學(xué)

使用頻閃儀和照相機對做平拋運動的小球進行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的

照片如圖（b）所示（圖中未包括小球剛離開軌道的影像）。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙

板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個方格的邊長為5cm。該同學(xué)在實驗中測得的小球影像的高度

差已經(jīng)在圖（b）中標出。

圖(a)

圖(b)

完成下列填空：（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

（1）小球運動到圖（b）中位置A時，其速度的水平分量大小為m/s,豎直分量大小為

m/s；

（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮?m/s2。

【答案】⑴.1.0(2).2.0(3).9.7

【解析】

（1）［1］因小球水平方向做勻速直線運動，因此速度為

x幽m/s=1.0m/s

%

0.05

⑵豎直方向做自由落體運動，因此A點的豎直速度可由平均速度等于時間中點的瞬時速度求得

匕=8x5x1。-2mzs=2.。詢

■'0.05x4

（2）［3］由豎直方向的自由落體運動可得

4T2

代入數(shù)據(jù)可得

g=9.7m/s2

3.（2022屆重慶市育才中學(xué)高三（上）期中物理試題）11.在研究平拋運動的實驗裝置如圖（甲）所示,

實驗過程中用頻閃照相法來獲取小球做平拋運動不同時刻的位置.

（1）某次實驗過程中獲得小球連續(xù)三個時刻的位置如圖（乙）所示，若頻閃照相機的頻率戶10Hz,用刻

度尺測得照片上力=2.54cm、y2=3.51cm,照片上物體影像的大小與實際物體實際大小的比值上0.1,則當(dāng)?shù)?/p>

的重力加速度度m/s2（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；

（2）若實驗中，斜槽末端切線不水平，則僅從這一影響因素分析，重力加速度的測量值_______（填“偏

大”“偏小”或“沒有影響”），小球離開斜末端的速度的測量值（填“偏大”“偏小”或“沒有影響”）。

【答案】①.9.7②.沒有影響③.偏小

【解析】

（1）[1]小球做平拋運動，豎直方向有

y2-yi=k^

解得

y-y,(3.51-2.54)xlQ-2

2m/s2=9.7m/s2

kT2O.lxO.l2

（2）[2]⑶斜槽末端切線不水平，則僅從這一因素的影響分析，豎直方向仍為勻變速運動，加速度仍為g,

故仍滿足V-yk依尸，則沒有影響。若斜槽末端不水平，則拋出時的速度方向不是水平的，而根據(jù)平拋運

動的軌跡計算出的是水平速度，則小球離開斜末端的速度的測量值偏小。

4.（2022屆新疆喀什地區(qū)第六中學(xué)高三（±）期中物理試題）13.如圖甲所示裝置研究平拋運動。把小球

從斜槽上某個位置無初速度釋放，在坐標白紙上記錄小球運動過程中的位置情況。

（1）下列器材中不需要的是

A.重錘線B.彈簧秤C,刻度尺D.小鋼球E.秒表

（2）下列實驗注意事項必須要滿足的是

A.斜槽末端水平

B.為較準確描繪出小球的運動軌跡，必須用光滑的曲線把所有的點都連接起來

C.小球選用密度小，體積大的材料

D.擋板高度等間距變化

（3）若遺漏了記錄平拋運動的起點，在軌跡上取了Mi,M3三點，如圖乙所示，與“2%之間

水平距離相等均為I,與M2M3的豎直間距均分別為歷，后.則3/2,h2（大于、等于、小于）。

可求得小球平拋的初速度vo=（當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間）

（4）為了得到平拋的運動軌跡，小組討論得到其他方案，下列說法正確的是（）

A.從細水管水平噴出的細水柱顯示平拋運動的軌跡

B.用數(shù)碼照相機或數(shù)碼攝像機記錄平拋運動的軌跡

C.將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，以一定的初速度扔出鉛筆，白紙上將會留下筆尖

的運動軌跡

D.要使描出的軌跡更能反映真實的運動情況，小球從多個不同的位置靜止釋放

(1)[1]需要小鋼球，重垂線，確保在坐標紙在豎直面內(nèi)，使其與小球運動平面平行，還需要刻度尺用來

測量水平方向的分位移和豎直方向的分位移，秒表和彈簧秤與本實驗無關(guān)，故不需要的是BE；

(2)[2]A.斜槽末端保持水平，使得小球下落的初速度沿水平方向，做平拋運動，故A正確；

B.為較準確描繪出小球的運動軌跡，應(yīng)舍棄不符合要求的點，故B錯誤；

C.為了減小實驗誤差，小球選用密度大，體積小的材料，故C錯誤；

D.擋板只要能記錄小球下落在不同高度時不同的位置即可，不需要等距變化，故D錯誤；

(3)[3][4]如果是拋出點，則在豎直方向上為初速度為零的勻加速直線運動，則有

且」

h23

即

34=九

但是由于不是拋出點，故在A點已經(jīng)具有豎直分速度，所以豎直間距之比大于即

3

34>h2

由于MM2與M2M3之間水平距離相等均為/,故時間相等，根據(jù)

b-%=g/

則初速度

（4）[5]A.從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡，故A是可行的:

B.可以用數(shù)碼照相機或數(shù)碼攝像機記錄平拋運動的軌跡，故B是可行的；

C.將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，由于鉛筆和紙之間

沒有壓力，故不會形成運動軌跡，

故C不可行；

D.要使描出的軌跡更能反映真實的運動情況，小球每次必須從同一位置靜止釋放，故D不可行。

5.（2021屆廣東省東莞市東莞六中高三（下）3月模擬考試物理試題）11.用如圖（“）所示的裝置研究平

拋運動。將白紙和復(fù)寫紙對齊重疊并固定在硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從。點飛出，落在水平擋

板上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕跡點，在

如圖的）所示的白紙上建立以拋出點為坐標原點、水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系（已知g=10m/s2）.

（1）下列說法正確的是o

A.斜槽軌道必須光滑，且小球每次要從斜槽同一位置由靜止釋放

B需調(diào)節(jié)斜槽，保證其末端水平

C.需調(diào)節(jié)硬板，保證硬板在豎直平面內(nèi)

D.本實驗必需的器材還有刻度尺和秒表

（2）在圖（b）中實驗記錄到有一個位置明顯發(fā)生偏差的點，其產(chǎn)生的原因可能是：該次實驗時，小球在

斜槽釋放的位置與其它幾次相比偏（“高”或“低”）。

(3)根據(jù)圖(b)記錄的點可求得鋼球平拋的初速度大小為m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

【答案】①.BC②.低(3).l.Om/s

【解析】

(1)[1]A.為了保證小球平拋運動的初速度相等，每次讓小球從斜槽的同一位置由靜止釋放，斜槽軌道不一

定需要光滑，故A錯誤；

BC.為保證小球做平拋運動，安裝斜槽時其末端切線必須水平，且讓小球出射方向與硬板平行，讓其在豎

直面運動，故BC正確；

D.小球平拋運動的時間可以根據(jù)豎直位移求出，不需要秒表，故D錯誤。

故選BC。

(2)⑵由圖可知，第5個點明顯不到線上，水平方向的位移小了很多，是由于水平方向的初速度太小，所以

原因是：小球從斜槽上滾下時的初始位置比其他幾次的位置偏低。

(3)[3]在豎直方向上，根據(jù)

6.某實驗小組用圖(a)所示裝置研究平拋運動。裝置中，豎直硬板上依次固定著白紙和復(fù)寫紙，MN是一

個水平放置、稍微向紙面內(nèi)傾斜且可上下調(diào)節(jié)的擋板.小鋼球從斜槽中某高度由靜止釋放，從斜槽末端。

飛出的鋼球落到擋板上會擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印記；上下調(diào)節(jié)擋板，通過多次實驗，白紙上會留下

鋼球經(jīng)過的多個位置，最終用平滑曲線將其連接，得到鋼球做平拋運動的軌跡。

(1)下列說法正確的是和(填選項序號字母)；

A.安裝斜槽時，應(yīng)保證斜槽末端。的切線水平

B.鋼球與斜槽間的摩擦是造成實驗誤差的主要原因

C.移動擋板乂?4時?，其高度必須等距變化

D.鋼球