06 实验五　探究平抛运动的特点-2026版高考物理一轮复习

《全品选考复习方案》实验五探究平抛运动的特点1.用如图甲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.斜槽轨道末段水平C.挡板高度等间距变化D.每次从斜槽上相同的位置由静止释放钢球(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“球心”)对应白纸上的位置即为原点.

(3)如图乙所示是甲同学在某次实验中取得的数据,其中坐标原点为抛出点,g取10m/s2,则此钢球做平抛运动的初速度大小为1.6m/s.

(4)乙同学想用下述方法探究平抛运动的特点.他从实验得到的钢球的平抛运动轨迹上取出一些点,以平抛起点O为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,描绘y⁃x2图像.该同学认为若图像是一条过原点的直线(如图丙所示),则可说明平抛运动在水平方向为匀速直线运动、竖直方向为自由落体运动,请你分析论证该同学的判断错误(选填“正确”或“错误”).

[解析](1)斜槽轨道是否光滑不会影响钢球做平抛运动,A错误;斜槽轨道末段水平是为了保证钢球做平抛运动,B正确;挡板高度是否等间距变化不会影响钢球做平抛运动,C错误;每次从斜槽上相同的位置由静止释放钢球,到达斜槽末端速度相同,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,应以球心在白纸上的位置为坐标原点.(3)由平抛运动规律y=12gt2,x=v0t,可得钢球做平抛运动的初速度大小为v0=x2yg=0.322×0.2(4)若平抛运动在水平方向为匀速直线运动、竖直方向为自由落体运动,则y=12gt2,x=v0t,联立可得y=g2v02x2,以平抛起点O为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,描绘y⁃x2图像,若图像是一条过原点的直线,则可说明平抛运动在水平方向为匀速直线运动,但是只有在算出图像的斜率k,且2v022.某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置,如图甲.在水平桌面上放置一个斜面,让钢球从斜面上由静止滚下,钢球滚过桌边后便做平抛运动.在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板,木板由支架固定成水平,木板所在高度可通过竖直标尺(未画出)读出,木板可以上下自由调节.在木板上固定一张白纸.该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验:A.实验前在白纸上画一条直线,并在线上标出a、b、c三点,且ab=bc=20.00cm,如图乙B.让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中a点,记下此时木板与桌面的高度差h1=hC.让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中b点,记下此时木板与桌面的高度差h2=h+10.00(cm)D.让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中c点,记下此时木板与桌面的高度差h3=h+30.00(cm)(1)下列说法中正确的是AB(填选项前的字母).

A.实验时应保持桌面水平B.每次应使钢球从同一位置由静止开始释放C.必须选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面D.必须选择对钢球摩擦力尽可能小的桌面(2)该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小v0=2.0m/s,钢球击中b点时其竖直分速度大小为vby=1.5m/s.已知重力加速度g取10m/s2,空气阻力不计.(结果均保留两位有效数字)

[解析](1)为了保证小钢球抛出桌面后做的是平抛运动,则实验时需要保持桌面水平,故A正确;为了减小实验误差,保证每次小钢球抛出桌面时的水平速度相等,则每次应使小钢球从同一位置由静止开始释放,故B正确;只要保证小钢球从桌面水平抛出时的速度相等即可,所以只需要保证小钢球每次从同一位置由静止释放即可,斜面与桌面可以不光滑,故C、D错误.(2)在竖直方向上有Δh=gt2,在水平方向上有x=v0t,其中Δh=hbc-hab=10cm,x=ab=bc=20cm,联立并代入数据解得v0=2.0m/s,b点对应时刻为hac段的中间时刻,因此有vby=ℎac2t=30×10−23.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,竖直线是用重垂线来确定的.

(2)某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示,由轨迹可知,竖直距离yOA∶yAB∶yBC=1∶3∶5,tOA∶tAB∶tBC=1∶1∶1,这表明竖直方向是初速度为零的匀加速直线运动.

(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y⁃x2图像(如图乙所示),此钢球的初速度v0=0.49m/s,则竖直方向的加速度g=9.60m/s2.(结果保留3位有效数字)

[解析](1)竖直线用重垂线确定,因为钢球在竖直方向所受的重力是竖直向下的.(2)由轨迹可知,竖直距离yOA∶yAB∶yBC=1∶3∶5;由于水平距离xOA=xAB=xBC,则tOA=tAB=tBC,所以tOA∶tAB∶tBC=1∶1∶1,在连续相等的时间内,竖直方向的位移之比为1∶3∶5,表明竖直方向是初速度为零的匀加速直线运动,O点就是抛出点.(3)竖直方向有y=12gt2,水平方向有x=v0t,则平抛运动的轨迹方程为y=g2v02x2,则斜率为g2v02=4.在“研究平抛运动”的实验中,为了确定小球在不同时刻所通过的位置,实验时用如图甲所示的装置.实验操作的主要步骤如下:A.在一块平木板上钉上复写纸和白纸,然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前,木板与槽口之间有一段距离,并保持板面与轨道末端的水平段垂直B.使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞到木板在白纸上留下痕迹AC.将木板沿水平方向向右平移一段距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,小球撞到木板在白纸上留下痕迹BD.将木板再水平向右平移同样距离x,使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下,再在白纸上得到痕迹C若测得A、B间距离为y1,B、C间距离为y2,已知当地的重力加速度为g.(1)关于该实验,下列说法中正确的是C(填选项前的字母).

A.斜槽轨道必须尽可能光滑B.每次释放小球的位置可以不同C.每次小球均需由静止释放D.小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度差h,之后再由机械能守恒定律求出(2)根据上述直接测量的量和已知的物理量可以得到小球平抛的初速度大小的表达式为v0=xgy2−y1(3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2,令Δy=y2-y1,并描绘出了如图乙所示的Δy⁃x2图像.若已知图线的斜率为k,则小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为v0=gk(用题中所给字母表示)[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,但其末端必须是水平的,故A错误;为保证抛出的初速度相同,应使小球每次从斜槽上相同的位置