【讲与练】高中物理人教版(2019)必修2：5.3 实验：探究平抛运动的特点提能作业习题

第五章3合格考训练1．(2022·河南周口高三阶段练习)某次实验中用频闪照相技术拍下的两小球运动的频闪照片如图所示，拍摄时，光源的频闪频率为10Hz，a球从A点水平抛出的同时，b球从与A点等高的B点开始无初速度下落，背景小方格为相同的正方形，重力加速度g取10m/s2，不计空气阻力。(1)比较a、b两小球的运动轨迹能确定平抛运动在竖直方向的运动是_A__(填标号)。A．自由落体运动 B．匀速直线运动(2)照相机拍摄相邻两张照片的时间间隔为_0.1__s，并结合照片可知背景小方格的边长为_0.05__m。解析：(1)由于a、b两小球同时开始运动，且相同时刻处于同一高度，因此平抛运动在竖直方向的运动是自由落体运动。故选A。(2)由于光源的频闪频率为10Hz，因此照相机拍摄相邻两张照片的时间间隔为T＝eq\f(1,f)＝0.1s，根据L＝eq\f(1,2)gT2＝5×0.01m＝0.05m，可得背景小方格的边长为0.05m。2．(2023·湖南衡阳高一期末)在“探究平抛运动的特点”的实验中：(1)让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列操作正确的是_AD__。A．检查轨道末端槽口是否水平B．每次由不同位置静止释放小球C．每次必须等距离下降并记录小球位置D．小球运动时不应与木板上的白纸相接触(2)用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝7.5cm，若小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c所示，取重力加速度大小g＝10m/s2，则小球平抛的初速度大小v0＝_3.00__m/s，小球在b点的速度大小vb＝_3.25__m/s。(结果均保留三位有效数字)解析：(1)为保证小球离开轨道之后做平抛运动，轨道末端槽口必须保持水平，A正确；为保证每次小球做平抛运动的初速度相等，必须保证每次由同一位置静止释放小球，B错误；进行数据处理时，不需要竖直方向位移等距变化，所以不需要每次等距离下降并记录小球位置，C错误；为减小小球运动时受到的阻力，小球运动时不应与木板上的白纸相接触，D正确。故选AD。(2)小球在平抛运动过程中，水平方向满足6L＝v0t，竖直方向满足a＝g＝eq\f(Δs,t2)＝eq\f(4L－L,t2)解得v0＝3.00m/s；小球在b点时，竖直方向分速度为vy＝eq\f(5L,2t)＝1.25m/s，则b点的速度大小为vb＝eq\r(v\o\al(2,0)＋v\o\al(2,y))＝3.25m/s。等级考训练3．(2023·浙江高一月考)用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面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。(1)下列实验条件必须满足的有_BD__。A．斜槽轨道光滑B．斜槽轨道末端水平C．挡板高度等间距变化D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_球心__(选填“最上端”“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_需要__(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是_AB__。A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹解析：(1)为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但末端必须是水平的，故A错误，B正确；挡板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可，不需要等间距变化，故C错误；只有让小球每次从同一位置静止释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点，故D正确。(2)小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置，故应以球心在白纸上的位置为坐标原点；小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与重垂线平行。(3)从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹，此方案是可行的；用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹，此方案是可行的；将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于紧靠白纸板，故铅笔与纸板间存在摩擦力，不属于平抛运动，故C不可行。4．(2022·山东临沂高一月考)利用实验室的斜面小槽等器材研究平抛运动。每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下，要想得到钢球在空中做平抛运动的轨迹就得设法用铅笔描出小球经过的位置(每次使用铅笔记下小球球心在木板上的水平投影点O)。通过多次实验，把在竖直白纸上记录的钢球的多个位置，用平滑曲线连起来就得到了钢球做平抛运动的轨迹。(1)实验过程中，要建立直角坐标系，在下图中，建系坐标原点选择正确的是_C__。(2)甲、乙、丙、丁四位同学分别建立(1)中A、B、C、D四种坐标系，在描出的平抛运动轨迹图上任取一点(x，y)，运用公式可求得小球的初速度v0，这样测得的平抛初速度值与真实值相比，甲同学的结果_偏大__，丙同学的结果_准确__。(填“偏大”“偏小”或“准确”)解析：(1)坐标原点为小球在斜槽末端时，小球球心在木板上的投影，故C正确，A、B、D错误。(2)由公式y＝eq\f(1,2)gt2，x＝v0t得：v0＝xeq\r(\f(g,2y))，以(1)题中A图建立坐标系，甲同学竖直方向位移测量值偏小，水平位移x测量准确，则初速度测量值偏大，由于丙同学所选用的即为正确的坐标，所以丙同学的结果准确。5．(2022·湖南常德高一津市市第一中学校考期中)图甲是某种“研究平抛运动”的实验装置，斜槽末端口N与小球离地面的高度均为H，实验时，当P小球从斜槽末端飞出与挡片相碰，立即断开电路使电磁铁释放Q小球，发现两小球同时落地，改变H大小，重复实验，P、Q仍同时落地。(1)关于实验条件的说法，正确的有_BC__。A．斜槽轨道必须光滑B．斜槽轨道末段N端必须水平C．P小球可以从斜槽上不同的位置无初速度释放D．P小球每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放(2)该实验结果可表明_D__。A．两小球落地速度的大小相同B．P小球在水平方向的分运动是匀速直线运动C．P小球在竖直方向的分运动是匀速直线运动D．P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同(3)若用一张印有小方格(小方格的边长为L＝10cm)的纸记录P小球的轨迹，小球在同一位置平抛运动途中的几个位置如图乙中的a、b、c、d所示，重力加速度g＝10m/s2，则P小球经过b位置时速度的大小为_2.5__m/s，若以a点为坐标原点，水平向右为x轴，竖直向下为y轴，则抛出点的坐标为_－10_cm__，_－1.25_cm__(结果以cm为单位)。解析：(1)斜槽轨道光滑与否对实验没有影响，故A错误；为了保证小球离开斜槽末端时的初速度的方向是水平方向，故斜槽轨道末段N端必须水平，故B正确；本实验只验证平抛运动的小球竖直方向的分运动，不需要每次水平初速度相同，所以小球可以在不同位置释放，故C正确，D错误。故选BC。(2)该实验结果可表明P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同，即P小球在竖直方向的分运动为自由落体运动。故选D。(3)P小球在竖直方向做自由落体运动，在水平方向做匀速直线运功，在竖直方向，根据匀变速直线运动的推论可得Δy＝gT2，代入数据，解得T＝eq\r(\f(Δy,g))＝eq\r(\f(ybc－yab,g))＝eq\r(\f(L,g))＝eq\r(\f(0.1,10))s＝0.1s，所以水平方向的速度大小为vx＝v0＝eq\f(2L,T)＝eq\f(0.2,0.1)m/s＝2m/s，小球经过b点时竖直方向的速度大小为vby＝eq\f(yac,2T)＝eq\f(3L,2T)＝eq\f(0.3,2×0.1)m/s＝1.5m/s，所以小球经过b点时的速度大小为vb＝eq\r(v\o\al(2,x)＋v\o\a