第16讲 实验探究平抛运动的特点实验探究向心力大小与半径角速度质量的关系（练习）（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

第16讲实验：探究平抛运动的特点实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系目录01模拟基础练【题型一】探究平抛运动的特点 【题型二】探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系02重难创新练【题型一】探究平抛运动的特点 1．某同学采用如图甲所示的实验装置进行实验“探究平抛运动的特点”。(1)实验时需要下列哪些器材______（填选项前的字母符号）。A．秒表 B．刻度尺 C．重锤线 D．天平(2)关于实验装置和操作，下列说法正确的是______（填选项前的字母符号）。A．实验要求斜槽轨道必须光滑B．使斜槽末端切线保持水平C．实验时让小球每次从不同位置开始释放D．要使描绘的小球平抛运动轨迹更准确，记录的点应适当多一些(3)该同学通过实验描绘出小球的运动轨迹如图乙所示，因忘记在白纸上标注小球抛出点的位置O，故以小球运动轨迹中的某一点A为坐标原点建立平面直角坐标系，B、C两点的坐标如图乙所示，则小球做平抛运动的初速度大小为m/s。（当地重心加速度g取）2．在“研究平抛运动”实验中，(1)图甲示意的是平抛出的小球在横条处卡住，用铅笔标注小球的上端，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时在坐标纸上的投影点。A．球心B．球的上端C．球的下端在此实验中，下列说法正确的是A．斜槽轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用光滑曲线把所有的点连接起来D．y轴的方向根据铅垂线确定(2)乙图是利用前图装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是。A．释放小球时初速度不为0B．释放小球的初始位置不同C．斜槽末端切线不水平(3)某同学在描绘平抛运动轨迹时，得到的部分轨迹曲线如图所示。在曲线上取A、B、C三个点，测得A、B、C三点间竖直距离h1=10.20cm，h2=20.20cm，水平距离x1=x2=x=12.40cm，g取10m/s2，则小球平抛运动的初速度v0的计算式为v0＝(用字母h1、h2、x、g表示)，代入数据得其大小为m/s。3．某校同学在实验室做“研究平抛物体的运动”的实验，实验装置如图甲所示。当地的重力加速度．(1)斜槽各处粗糙程度不一样，对本实验（填“有影响”或“无影响”）。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛的。(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长，通过实验记录了小球在运动轨迹上的三个位置，如图乙所示，则照相机的闪光频率为Hz；小球抛出的初速度的大小为m/s；小球到达B位置时速度大小为m/s。4．某实验小组用如图甲所示的实验装置来完成“探究平抛运动的特点”实验。(1)在实验前，斜槽末端的切线（填“需要”或“不需要”）调成水平；木板（填“需要”或“不需要”）校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行。(2)图乙为用闪光照相机拍摄的照片处理后的一部分，A、B、C三点为连续三次频闪照相时小球经过的位置，图中背景方格的边长均为5cm，取重力加速度大小，则频闪照相的时间间隔，小球平抛的初速度大小，小球运动到B点时的速度大小，O点（填“是”或“不是”）抛出点。（计算结果均保留两位有效数字）5．在做“探究平抛运动的特点”的实验时：(1)钢球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用来确定的。(2)某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示，每个小格的长度为L。由轨迹可知，该小球的初速度大小（结果包含g、L）。(3)该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（如图乙），此平抛物体的初速度，则竖直方向的加速度。【题型二】探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系6.某同学利用如图所示的装置来探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系。两个变速塔轮通过皮带连接，调节装置。转动手柄，使长槽和短槽分别随变速塔轮在水平面内匀速转动，槽内的钢球做匀速圆周运动。横臂的挡板对钢球的弹力提供向心力，钢球对挡板的弹力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间等分格显示出两个钢球所受向心力的大小。图中左侧短槽的挡板距标尺1的距离与右侧挡板距标尺2的距相等。(1)在探究向心力与半径、质量、角速度的关系时，用到的实验方法是______。A．理想实验法 B．控制变量法C．等效替代法 D．演绎推理法(2)为了探究钢球的向心力F的大小与轨道半径r之间的关系，下列说法正确的是______：A．应使用两个质量不等的钢球B．应使两钢球离转轴的距离相同C．应将皮带套在两边半径相等的变速塔轮上(3)在某次探究实验中，当a、b两个相同钢球转动的半径相等时，若左右标尺上红白相间的等分格显示出a、b两个钢球所受向心力的比值为4∶9，由此可知皮带连接的左右两个变速塔轮对应的半径之比为。7．如图甲所示为向心力演示仪，可探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系。长槽的A、B处和短槽的C处分别到各自转轴中心距离之比为。变速塔轮自上而下有三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为、和，如图乙所示。(1)本实验的目的是探究向心力的大小与小球质量m、角速度和半径r之间的关系，采用的实验方法是。(2)在某次实验中，把两个质量相等的钢球放在A、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第层塔轮（选填“一”“二”或“三”）；(3)在另一次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，传动皮带位于第二层，转动手柄，则当塔轮匀速转动时，左右两标尺露出的格子数之比约为。8．用如图所示的实验装置来探究小球做圆周运动所需向心力的大小F与质量m、角速度和半径r之间的关系，转动手柄使长槽和短槽分别随塔轮匀速转动，槽内的球就做匀速圆周运动。横臂的挡板对球的压力提供了向心力，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下降，从而露出标尺，标尺上的红白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值。实验用球分为钢球和铝球，请回答相关问题：(1)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相等，将皮带处于左、右塔轮的半径不等的层上。转动手柄，观察左右标尺的刻度，此时可研究向心力的大小与______的关系。A．质量m B．半径r C．角速度(2)在（1）的实验中，某同学匀速转动手柄时，左边标尺露出1个格，右边标尺露出4个格，则皮带连摆的左、右塔轮半径之比为。其他条件不变，若增大手柄转动的速度，则左、右两标尺的示数，两标尺示数的比值（均选填“变大”“变小”或“不变”）。9．在“探究向心力大小与哪些因素有关”的实验中，所用向心力演示仪如图甲所示，A、B、C为三根固定在转臂上的短臂，可与转臂上做圆周运动的实验球产生挤压，从而提供向心力，其中A和C的半径相同。图乙是变速塔轮的原理示意图：其中塔轮①、④的半径相同，轮②的半径是轮①的1.5倍，轮③是轮①的2倍，轮④的半径是轮⑤的1.5倍，是轮⑥的2倍。可供选择的实验小球有：质量均为2m的球I和球Ⅱ，质量为m的球Ⅲ。(1)这个实验主要采用的方法是_______。A．等效替代法 B．控制变量法C．理想实验法 D．放大法(2)选择球I和球Ⅱ分别置于短臂C和短臂A，是为了探究向心力大小与________。A．质量之间的关系 B．半径之间的关系C．标尺之间的关系 D．角速度之间的关系(3)为探究向心力大小与圆周运动轨道半径的关系，应将实验小球I和（选填“Ⅱ”或“Ⅲ”）分别置于短臂A和短臂处（选填“B”或“C”），实验时应将皮带与轮①和轮相连，使两小球角速度相等。10．在“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”的实验中，选用的向心力演示器如图所示。转动手柄，使槽内的小球随之做圆周运动。小球向外挤压横臂挡板，使横臂压缩塔轮中心的弹簧测力套筒，弹簧被压缩的格数可从标尺读出，格数比即为两小球向心力大小之比。小球放在A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为1：2：1。(1)演示器塔轮皮带可上下拨动，目的是为了改变两小球做圆周运动的________之比；A．角速度 B．质量 C．半径 D．线速度(2)在某次实验中，某同学把两个质量相等的钢球放在A、C位置，A、C到塔轮中心距离相同，将皮带处于左右塔轮的半径不等的层上。匀速转动手柄，左边标尺露出1格，右边标尺露出4格，则皮带链接的左右塔轮半径之比为；若该同学加速转动手柄，左右露出标尺格数之比1：4（选填“大于”“小于”“等于”）。1．某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为1cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。完成下列填空：(1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛；(2)根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为（结果均保留2位有效数字）。2．某同学设计了一个探究平抛运动特点的实验装置。如图1所示，在水平桌面上固定一个斜槽，斜槽水平部分的末端与桌子边缘对齐，每次都让小钢球从斜槽上的同一位置静止滚下，离开轨道末端后小钢球做平抛运动。(1)斜槽不光滑（填“会”或“不会”）影响实验结果。(2)为了方便记录小钢球平抛运动经过的位置，该同学将一张带有小方格的白纸固定在背景板上，然后通过频闪照相得到了如图2所示的照片，照片记录了小钢球在运动过程中的三个位置，每个小格的边长为，已知重力加速度取，实际长度与照片中的长度之比为，小钢球做平抛运动的初速度大小为，通过点时的速度大小为。(3)若在照片上以A点为坐标原点建立平面直角坐标系，水平向右为轴正方向，竖直向下为轴正方向，则小球抛出点在照片上的位置坐标，。3.．某同学利用图（a）中的装置研究平抛运动的规律。实验过程中该同学采用频闪照相技术记录了小钢球的运动轨迹。图（b）为频闪照相结果的局部图像（未包括小钢球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内带有方格的纸板，纸板与小钢球轨迹所在平面平行，每个方格的边长为5cm。已知A、B、C为小钢球运动轨迹上的三个点，。请完成下列填空（所有结果均保留2位有效数字）(1)频闪周期s，小球从平抛起始点运动至图（b）中B位置时所经历的时间s。(2)关于本实验的操作要求及误差分析说法有误的是______。A．小球与斜槽之间的摩擦并不是造成实验误差的主要原因B．安装斜槽时需保证斜槽末端的切线水平C．方木板必须处于竖直平面内，固定时要用直尺检查坐标纸纵轴是否处于竖直方向D．斜槽末端不能作为小球平抛的起始点，要以小球离开斜槽末端时球心在坐标纸上的投影点作为其平抛运动的起始点4．为了探究做平抛运动的物体的运动规律，某同学设计了下面一个实验。(1)如图甲所示，OD为一竖直木板，小球从斜槽上挡板处由静止开始运动，离开O点后做平抛运动。右侧用一束平行光照射小球，小球在运动过程中便在木板上留下影子。用频闪照相机拍摄小球在运动过程中的位置以及在木板上留下的影子的位置，如图中A、B、C、D点。现测得各点到O点的距离分别为5.0cm，19.8cm，44.3cm，78.6cm。根据影子的运动情况可知小球在竖直方向上的运动为运动。其加速度为（已知照相机的闪光频率为10Hz）（计算结果保留两位有效数字）(2)若将平行光改为沿竖直方向，小球在运动过程中会在地面上留下影子，如图乙所示，用频闪照相机拍摄的影子的位置如图中的、、、、点。现测得各点到点的距离分别为19.6cm、39.8cm、60.2cm、79.6cm。根据影子的运动情况可知小球在水平方向上的运动为运动。其速度为m/s。（计算结果保留两位有效数字）5．实验小组做探究影响向心力大小因素的实验：①方案一：用如图甲所示的装置，已知小球在挡板A、B、C处做圆周运动的轨迹半径之比为，变速塔轮自上而下按如图乙所示三种组合方式，左右每层半径之比由上至下分别为、和。回答以下问题：(1)本实验所采用的实验探究方法与下列哪些实验是相同的___________；A．探究小车速度随时间变化规律 B．探究两个互成角度的力的合成规律C．探究平抛运动的特点 D．探究加速度与物体受力、物体质量的关系(2)某次实验中，把两个质量相等的钢球放在B、C位置，探究向心力的大小与半径的关系，则需要将传动皮带调至第层塔轮（填“一”、“二”或“三”）。②方案二：如图丙所示装置，装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上（未画出），光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，细线拉力的大小可以通过力传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为D，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间（挡光时间）。滑块P与竖直转轴间的距离可调。回答以下问题：(3)若某次实验中测得挡光条的挡光时间伪，则滑块P的角速度表达式为；(4)实验小组保持滑块P质量和运动半径r不变，探究向心力F与角速度的关系，作出图线如图丁所示，若滑块P运动半径，细线的质量和滑块与杆的摩擦可忽略，由图线可滑块P质量kg（结果保留2位有效数字）。6．在“用圆锥摆验证向心力的表达式”实验中，如图甲所示，悬点刚好与一个竖直的刻度尺零刻度线对齐。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时刚好位于圆心正上方。用手拨动钢球，设法使它在空中做匀速圆周运动，通过俯视观察发现其做圆周运动的半径为r，钢球的质量为m，重力加速度为g。(1)用秒表记录运动n圈的总时间为t，那么钢球做圆周运动的周期为和钢球需要的向心力的表达式为F=。(2)通过刻度尺测得钢球轨道平面距悬点的高度为h，那么钢球做圆周运动时提供向心力的合力表达式为F=。(3)改变钢球做圆周运动的半径，多次实验，得到如图乙所示的关系图像，可以达到粗略验证向心力表达式的目的，该图线的斜率表达式为k=。7．某同学探究做圆周运动的物体所需的向心力大小与物体的质量、轨道半径及角速度的关系的实验装置如图甲所示，圆柱体放置在水平光滑圆盘上做匀速圆周运动。力传感器测量圆柱体的向心力，速度传感器测量圆柱体的线速度v，该同学通过保持圆柱体的质量和运动的角速度不变，来探究其向心力与半径r的关系。(1)该同学采用的实验方法为______。A．控制变量法 B．等效替代法 C．理想化模型法(2)改变半径r，多次测量，测出了五组、r的数据，如表所示：1.02.04.06.29.00.882.003.505.507.90该同学对数据分析后，在坐标纸上描出了五个点，作出图线如图乙所示，已知圆柱体的质量，由图线可知圆柱体运动的角速度。（结果保留两位有效数字）8．根据公式和，某同学设计如下实验来感受向心力。如图甲所示，用一根细绳（