作业03 探究平抛运动的特点（解析版）

限时练习：40min完成时间：月日天气：暑假作业03探究平抛运动的特点1．实验原理(1)在同一高度将A球水平抛出的同时由静止释放B球，两球同时落地，说明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动。(2)用描迹法画出小球平抛运动的轨迹，以抛出点为坐标原点建立直角坐标系，在轨迹上选取A、B、C、D四点，满足yA∶yB∶yC∶yD＝1∶4∶9∶16，则有TOA＝TAB＝TBC＝TCD，由xA∶xB∶xC∶xD＝1∶2∶3∶4可知平抛运动水平分运动为匀速运动。2．实验器材平抛运动演示仪、铁架台、斜槽、小球、方木板、白纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺。3．实验步骤及数据分析(1)探究平抛运动竖直分运动的特点①按图甲所示将仪器安装好，调节A、B两球等高，且平抛平台水平。②用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。③分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象。④根据实验现象得出平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。(2)探究平抛运动水平分运动的特点①按如图乙所示安装好实验装置，将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上，调节斜槽M末端水平。②让钢球在斜槽中从某一高度由静止滚下，落在水平放置的可上下调节的倾斜挡板N上，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，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。③把小球平抛运动的抛出点印记在白纸上，取下白纸，以抛出点O为坐标原点，以水平方向为x轴，竖直向下为y轴建立直角坐标系，在小球平抛运动轨迹上选取A、B、C、D四点，使yA∶yB∶yC∶yD＝1∶4∶9∶16；测出A、B、C、D四点的x坐标值，若xA∶xB∶xC∶xD＝1∶2∶3∶4，即可知平抛运动的水平分运动为匀速运动。4．误差分析(1)斜槽末端没有调至水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。(2)确定小球运动的位置时不准确。(3)量取轨迹上各点坐标时不准确。5．注意事项(1)实验中必须使斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，看其是否能静止)。(2)方木板必须处于竖直平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。(3)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。(4)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。(5)小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。1．用图甲实验装置进行“探究平抛运动特点”的实验。实验过程中，用铁锤打击弹片，使A球水平抛出，同时B球自由落下，并用频闪照相记录小球的运动情况，如图乙所示。发现两球在竖直方向的运动始终同步，不计空气阻力。(1)下列判断正确的是______；A．A、B两球的加速度大小相同B．实验中必须保证两球的质量相等C．A球在竖直方向的分运动为自由落体运动D．若增大打击弹片力度，A球在空中运动的时间将延长(2)小球运动中的几个位置如图乙所示，请在乙图中用曲线描绘出A球的运动轨迹；(3)已知拍照时频闪周期为0.1s，图乙中每个小方格的边长。通过计算得出小球A抛出时的速度大小，当地的重力加速度（结果均保留小数点后两位）。【答案】(1)AC(2)见解析(3)1.449.60【详解】（1）A．A、B两球的加速度大小相同，都等于重力加速度，选项A正确；B．实验中不一定必须保证两球的质量相等，因为两球下落的时间与质量无关，选项B错误；C．两球同时落地，说明竖直方向的运动完全相同，可知A球在竖直方向的分运动为自由落体运动，选项C正确；D．A球在空中飞行时间与水平的初速度无关，若增大打击弹片力度，A球在空中运动的时间不变，选项D错误。故选AC。（2）画出平抛的轨迹如图（3）[1]小球A抛出时的速度大小[2]根据解得当地的重力加速度2．在探究“平抛运动规律”实验中，有以下几个实验方案：(1)若要探究平抛运动水平方向分运动的规律，应选用图1中的装置（填“1”或“2”）。(2)某同学在实验室中用如图2所示的装置进行实验。该同学得到的痕迹点如图3所示，其中一个偏差较大的点产生的原因，可能是该次实验时（）A．斜槽阻力太大 B．小球释放的高度偏低C．小球没有被静止释放 D．挡板MN未水平放置(3)为了得到物体平抛运动的轨迹，同学们还提出了以下几种方案，其中不可行的是（）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．用频闪照相机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．将铅笔垂直于固定竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，将铅笔垂直于笔身方向，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【答案】(1)2(2)C(3)C【详解】（1）图1探究平抛运动竖直方向分运动的规律，图2探究水平方向分运动的规律，故选装置2。（2）A．斜槽的阻力不会影响该实验的轨迹，故A错误；B．小球释放位置偏低时，偏离点应当在原轨迹下方，故B错误；C．若小球释放时具有初速度，偏离点会在原轨迹上方，故C正确；D．挡板是否水平放置对平抛轨迹没有影响，故D错误。故选C。（3）为了得到物体平抛运动的轨迹可以从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，从而得到轨迹，也可以用频闪照相机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，但是将笔水平抛出，不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹。故选C。3．在“探究平抛运动的特点”实验中，实验小组从不同角度进行实验。（g取）(1)采用如图所示的装置做实验。在此实验中，下列操作或说法正确的是________。A．将斜槽轨道的末端调成水平B．本实验不需要用天平测出小球的质量，也不需要配备铅垂线C．小球释放的初始位置越高越好D．图甲中挡条每次必须等间距下移(2)实验中探究物体做平抛运动时，它的速度方向与水平方向的夹角为θ，其正切值随时间t变化的图像如图所示，则初速度m/s。（结果保留两位有效数字）(3)由（2）中实验测得落点和平抛起点连线与水平方向夹角为45°，则经过的时间为s，位移为m。（结果均保留两位有效数字）(4)在此实验中，每次都要让小球从斜槽上的同一位置由静止滚下，但小球与斜槽间有摩擦力，这个摩擦力（选填“会”或“不会”）使实验的误差增大。【答案】(1)A(2)1.0(3)0.200.28(4)不会【详解】（1）A．为了保证小球沿水平方向飞出，应将斜槽轨道的末端调成水平，A正确；B．本实验不需要天平测出小球的质量，但需要配备铅垂线以确定竖直方向，B错误；C．实验中需要小球每次从斜槽上同一位置由静止释放，小球释放的初始位置适合即可，不是越高越好，释放位置过高，会导致初速度较大，小球经过纸面的时间较短，竖直方向下落的高度较低，描绘的轨迹不便于数据计算，C错误；D．图甲中挡条每次不需要等间距下移，D错误。故选A。（2）由可得随时间t变化的图像斜率为解得（3）[1]由解得[2]水平分位移、竖直分位移分别为；故位移为（4）斜槽轨道不需要光滑，只要保证小球每次从同一位置释放即可，因为小球每次从同一位置释放，路径相同，每次损失的机械能相同，到达斜面底端时速度相等。4．某实验小组用如图甲所示装置进行“研究平抛运动”实验。(1)关于该实验的一些做法，不合理的是______。A．使用密度大、体积小的球进行实验B．斜槽末端切线应当保持水平C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置作为坐标原点D．建立坐标系时，利用重垂线画出竖直线，定为y轴(2)某同学在做“研究平抛运动”的实验中，记录了小球从O点抛出后的几个轨迹点（A~E共5个点），用光滑的曲线连接，取点A为坐标原点，建立如图乙所示坐标系，g取。根据图像可知小球的初速度大小为m/s（结果保留2位有效数字）。(3)另一实验小组同学在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内绘出了图像，如图丙所示，已知重力加速度为g，此平抛物体的初速度大小为（结果用g、a和b表示）。【答案】(1)C(2)2.0(3)【详解】（1）A．使用密度大、体积小的球进行实验，可以减小空气阻力影响。故A正确，与题意不符；B．斜槽末端切线应当保持水平，以保证小球做平抛运动。故B正确，与题意不符；C．建立坐标系时，以小球球心在白纸上的投影点作为坐标原点。故C错误，与题意相符；D．建立坐标系时，利用重垂线画出竖直线，定为y轴。故D正确，与题意不符。本题选不合理的故选C。（2）竖直方向，根据解得可知小球的初速度大小为（3）根据可得结合图像可得解得5．图甲为研究小球做平抛运动的规律的实验装置，图乙中的A、B、C为用频闪照相的方法在坐标纸上得到的小球运动过程中的三个位置。实验小组未记下小球平抛的抛出点，只记录下了y轴。实验小组测得A、B、C各点到y轴的距离分别为、、，A、B两点和B、C两点的竖直距离、取重力加速度大小，忽略空气阻力，回答下列问题。(1)实验中，下列会导致实验误差的因素是。a．安装斜槽轨道，其末端没有保持水平b．小球与斜槽轨道之间有摩擦c．计算初速度时选取的点离抛出点较远d．频闪照相机闪光频率偏大(2)该小球做平抛运动的初速度（结果保留两位有效数字）(3)如图乙所示，在以y轴竖直向下为正方向，以抛出点O为坐标原点，建立的平面直角坐标系中，y与x的函数关系式为（用g、x、y和表示）【答案】(1)a(2)1.0(3)【详解】（1）a．安装斜槽轨道，其末端没有保持水平，使小球不做平抛运动，会有误差，a正确；b．只要保证小球每次从同一位置静止释放，小球与斜槽轨道之间有摩擦对实验无影响，b错误；c．计算初速度时选取的点离抛出点远近对实验无影响，c错误；d．频闪照相机闪光频率大小对实验无影响，d错误。故选a。（2）设相邻两个点的时间间隔为，竖直方向有解得水平方向有解得（3）竖直方向有水平方向有联立解得6．频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示的装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点。则根据平抛运动规律分析下列问题（g取10m/s2）：（1）乙图中，A处摄像头所拍摄的频闪照片为（选填“a”或“b”）；（2）测得图乙a中OP距离为30cm，b中OP距离为45cm，则平抛小球的初速度大小应为m/s，小球在P点速度大小应为m/s。【答案】a1【详解】（1）[1]小球做平抛运动时，水平方向是匀速直线运动，竖直方向是自由落体运动，故A处摄像头所拍摄的频闪照片为a。（2）[2]竖直方向上有可得则平抛小球的初速度[3]小球在P点竖直方向的速度vy=gt=10×0.3m/s=3m/s则7．我国对儿童玩具枪的弹丸的射出速度有严格要求。实验小组研究某款玩具枪是否符合规定。小组同学使玩具枪从O点射出弹丸，将弹丸离开枪口后的运动看作平抛运动，用照相机拍出弹丸的运动轨迹如图所示。A、B、C是小球平抛轨迹上三个不同时刻对应的位置，OM是水平线，MN是竖直线，OA、OB、OC的延长线与MN交点的间距分别为和。已知照片与实际大小的比例为，测得照片中，，A、B、C三点在水平方向的间距，。（1）照片中的。（2）若取重力加速度大小，则弹丸从枪口射出的初速度大小为。（3）为了减小实验误差，请提出一条合理的建议：。【答案】2.0弹丸的质量大一些，体积小一些（在无风的情况下测量、多次测量求平均值等）【详解】（1）[1]设O点和轨迹点的连线的延长线与的交点到M点的距离为y，则O点和轨迹点的连线的延长线与的夹角的正切值由于照片与实际大小的比例为，因此即该投影点是匀速下降的。由于从A点到B点、从B点到C点的水平位移大小之比为1:2，因此运动的时间之比也为1:2，可得（2）[2]投影点是匀速下降的，根据可知，投影点是匀速下降的，速度大小为又由于，解得弹丸从枪口射出的初速度大小（3）[3]实验误差主要来源于空气阻力与测量时读数产生的误差，因此为了减小空气阻力的影响，弹丸的质量大一些，体积小一些，或在无风的情况下测量，为了减小测量时读数的误差，可以多次测量求平均值等。8．乙同学认为可以用图a的装置验证平抛运动的水平分运动是匀速运动。实验步骤如下：（1）将该装置固定在水平桌面上，圆弧最低点位于桌面边缘，如图b所示；（2）让小球从圆弧某一位置静止释放，记录光电门时间t和小球落点与圆弧边缘的水平距离x；（3）改变释放位置，重复（2）的步骤。请回答以下问题：①做x−y图，若图像成正比，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动，其中y应该为（填“t”、“”或“”）；②乙丙两位同学以不同的桌面高度进行实验，得到图c的图像，其中丙同学实验时的桌面高度比乙同学的（填“高”或“低”）；③如图d所示为某次小球做平抛运动的频闪照相照片的一部分，图中背景方格的边长均为20cm，如果取g=10m/s2，由此可求出小球平抛初速度为v1=m/s（计算结果保留两位有效数字）；与此同时，通过光电门计算出小球平抛初速度为v2，多次实验发现总是有v1＜v2，导致这个结果的可能原因有．(填选项前的字母)A．小球在轨道斜面上受摩擦阻力B．小球平抛运动过程受空气阻力C．小球经过光电门时，球心与光线不在同一高度【答案】高3.0BC【详解】①[1]设桌面高度为h，小球直径为d，则得平抛运动时间水平位移做x-y图，若图像成正比，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动，其中y应该。②[2]由可知，乙、丙两位同学以不同的桌面高度进行实验，得到图丙和图乙，其中丙同学实验时的桌面高度比乙同学的高。③[3]根据平抛运动竖直方向做匀变速直线运动的规律有水平方向有解得m/s[4]A．轨道斜面的作用是使小球获得一个水平初速度，小球在轨道斜面上受摩擦阻力并不影响的大小，故A错误；B．小球平抛运动过程受空气阻力，使得小球水平方向做减速运动，水平位移偏小，值偏小，故B正确；C．小球经过光电门时，球心与光线不在同一高度，会造成遮光时间变短，则造成偏大，故C正确；故选BC。9．某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图（a）所示，A板是一块水平放置的木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽（图（a）中、……），槽间距均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板、、……插槽中，每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后，把B板插入后一槽中。(1)对于实验的操作要求，下列说法正确的是______。A．斜槽轨道必须光滑B．将小球放置在槽的末端，小球要能够静止C．B板无须竖直放置(2)该同学因操作失误直接将B板从A板的某一插槽插入开始实验，并逐一往后面的插槽移动直至完成实验，得到实验结果如图（b）所示，并且在打第3个点（图（b）中的d点）时点迹很不清晰，该同学依然使用这一实验结果完成了实验。他测量出图（b）中bc的距离为，ce的距离为，则小球平抛初速度的计算式为（用d、、、g表示）。【答案】(1)B(2)【详解】（1）AB．为保证小球做平抛运动的初速度大小相等，方向水平，斜槽的末端需切线水平，小球每次从同一位置由静止释放，斜槽轨道不需要光滑，将小球放置在槽的末端，小球要能够静止，故A错误，B正确；C．实验通过插槽位置确定小球的水平位移，B板需竖直放置，故C错误。故选B。（2）设小球做平抛运动过程中水平方向每经过距离d用时为T，在竖直方向上，bc间用时为T，ce间用时为2T，设b点的竖直速度为，则；解得小球平抛初速度的计算式为10．在研究平抛运动的特点时，可采取把平抛运动分解成水平和竖直两个方向的分运动的探究方法．当球从点水平抛出的同时，传感器控制球自点开始下落，频闪照相技术为这个实验提供了保障，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，背景的坐标纸小方格均为边长为的正方形．（，不计空气阻力）（1）根据实验设计下列说法中正确的是()A．图甲的斜槽末端必须是水平的B．图甲的斜槽与小球之间的摩擦力要尽可能的小C．根据图乙的信息不能确定球沿竖直方向的运动是自由落体运动D．根据图乙的信息可以确定球水平方向的运动是匀速直线运动，竖直方向的运动是自由落体运动（2）若将图甲中挡板沿着斜面上移（选填“能”或“不能”）让小球和小球在空中相遇．（3）根据照片和已知信息可求出球平抛的初速度大小为；当球与球运动了s时，它们之间的距离最小．【答案】AD/DA不能0.3【详解】（1）[1]A．平抛运动水平方向做匀速直线运动，所以图甲的斜槽末端必须是水平的，故A正确；B．图甲的斜槽与小球之间的摩擦力对实验结果无影响，故B错误；CD．图乙的信息可知水平方向做匀速直线运动，竖直方向满足1：3：5：7的关系，可确定球沿竖直方向的运动是自由落体运动，故C错误，D正确；故选AD。（2）[2]由于两球竖直方向都做自由落体运动，所以若将图甲中挡板沿着斜面上移，两球也不会相遇；（3）[3]对于球，在水平方向有竖直方向有其中解得m/s[4]由图可知，经0.3s两球在同一竖直线上，距离最小。11．某物理实验创新小组的几名同学课后利用“探究平抛运动的特点”实验所得规律，利用新的装置进行规律的应用，他们的实验装置如图甲所示，实验步骤如下：①安装好器材，将斜槽轨道的末端调成水平；②在一块平整的木板表面钉上复写纸和白纸，再将该木板竖直立于槽口附近；③使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板上并在白纸上留下痕迹A；④将木板向远离槽口的方向平移距离x=30.0cm，再使小球从斜槽上紧靠挡板处释放，小球撞到木板上并在白纸上留下痕迹B；⑤将木板再向远离槽口的方向平移距离x=30.0cm，小球还从斜槽上紧靠挡板处释放，在白纸上留下痕迹C：⑥测出A、B间的距离y₁=60.0cm，B、C间的距离空气阻力忽略不计，则关于这个实验，回答下列问题：（1）关于实验操作与分析，下列说法正确的是。A．安装斜槽轨道时，槽口末端未保持水平且略低于水平桌面，则白纸上AB、BC两段位移的时间间隔相同B．安装斜槽轨道时，槽口末端未保持水平且略低于水平桌面，则白纸上AB、BC两端位移的时间间隔并不相同C．由于木板底座并不平整，导致木板向槽口一侧倾斜，则白纸上AB、BC两段位移的时间间隔相同D．由于木板底座并不平整，导致木板向槽口一侧倾斜，则白纸上AB、BC两段位移的时间间隔并不相同（2）小组同学将所得实验数据在另一空白坐标纸上标记出来并描绘平抛曲线，由于忘记了标记平抛运动的抛出点O。只记录了A、B、C三点，于是就取A点为坐标原点，建立了如图乙所示的xAy直角坐标系。平抛轨迹上的这三点坐标值图中已标出。根据图中数据判断，小球平抛的初速度为m/s。（3）小球抛出点的坐标为cm，cm。（（2），（3）两问中取计算结果均保留三位有效数字）。【答案】AD/DA1.50-30.0-20.0【详解】（1）[1]AB．水平方向做匀速直线运动，AB、BC两段水平位移相同，所以时间间隔相同，故A正确，B错误；CD．由于木板底座并不平整，导致木板向槽口一侧倾斜，则AB、BC两段水平位移不相同，则白纸上AB、BC两段位移的时间间隔并不相同，故C错误，D正确。故选AD。（2）[2]根据可得则初速度（3）[3][4]点竖直方向的速度为解得从抛出点到B点的时间则抛出点到B点竖直方向位移水平方向的位移根据；解得；12．利用传感器和计算机研究平抛运动的规律，物体A中装有发射装置。可以在竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲