专题06 探究平抛运动的特点——【备考2023】高考物理实验题专项精讲精练学案（原卷版+解析版）

这是一份专题06 探究平抛运动的特点——【备考2023】高考物理实验题专项精讲精练学案（原卷版+解析版），文件包含专题06探究平抛运动的特点解析版备考2023高考物理实验题专项精讲精练学案docx、专题06探究平抛运动的特点原卷版备考2023高考物理实验题专项精讲精练学案docx等2份学案配套教学资源，其中学案共31页， 欢迎下载使用。

1.“描迹法”实验设计
利用实验室的斜面小槽等器材装配如图所示的装置。钢球从斜槽上滚下，通过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止释放，钢球每次在空中做平抛运动的轨迹就相同。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球经过的多个位置，用平滑的曲线将各点连接起来，从而得到钢球做平抛运动的轨迹。这样我们就可以利用运动轨迹研究平抛运动的性质，确定平抛运动中的各个物理量。
2.实验步骤
(1)安装调整斜槽：将固定有斜槽的木板放在实验桌上，用平衡法检查斜槽末端是否水平，即将小球放在斜槽末端的直轨道上，小球若能静止在直轨道上的任意位置，则表明斜槽末端已调水平。
(2)安装调整竖直木板：用图钉把坐标纸钉在竖直木板上，并用悬挂在槽口的重垂线检查坐标纸上的竖直线是否竖直，然后固定竖直木板，保证在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。
(3)确定坐标原点及坐标轴：选定斜槽末端处小球球心在木板上的点为坐标原点O，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
(4)描绘运动轨迹：让小球从斜槽的某一固定位置由静止滚下，并从O点开始做平抛运动，先用眼睛粗略地确定小球在某一x值处(如x=1cm)的y值，然后使小球从开始时的位置滚下，在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置（小球刚好经过铅笔尖处），并在坐标纸上记下这一点，以后依次改变x的值，用同样的方法确定其他各点的位置。取下坐标纸，用平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。
3.数据处理
(1)已知抛出点O：在轨迹上任取一点，测出对应的x、y，由和得。
(2)未知抛出点：
①在轨迹上取两点A、B，使。
②测出、。
③由于平抛运动水平方向上为匀速直线运动，。
则物体从O到A和从A到B时间相同，设为T，则，得。
典例1：（2022·浙江·高考真题）在“研究平抛运动”实验中，以小钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O，建立水平与竖直坐标轴。让小球从斜槽上离水平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的轨迹，如图所示。在轨迹上取一点A，读取其坐标（x0，y0）。
①下列说法正确的是_______。
A．实验所用斜槽应尽量光滑
B．画轨迹时应把所有描出的点用平滑的曲线连接起来
C．求平抛运动初速度时应读取轨迹上离原点较远的点的数据
②根据题目所给信息，小球做平抛运动的初速度大小v0=_______。
A． B． C． D．
③在本实验中要求小球多次从斜槽上同一位置由静止释放的理由是_______。
典例2：（2021·全国·高考真题）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。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：（结果均保留2位有效数字）
（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________，竖直分量大小为___________；
（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________。
1．（2022·浙江宁波·模拟）（1）以下三个实验中，用到“控制变量”实验方法的是______（单选）；
A．“探究加速度与力、质量的关系”
B．“探究平抛运动的特点”
C．“研究自由下落物体的机械能”
（2）下列器材中，上述三个实验都需要用到的是______（单选）；
A． B． C． D．
（3）如图所示，某同学做“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，关于该同学的实验操作，下列改进建议合理的是______（多选）。
A．适当增加细绳的长度 B．适当增大两细绳间的夹角
C．适当增大弹簧测力计的拉力 D．尽量减少弹簧测力计外壳与桌面间的摩擦
2．（2022·海南·乐东黎族自治县乐东中学模拟）（1）某同学设计了一个探究平抛运动轨迹的家庭实验装置，如图所示让一个水平桌面靠近墙面，在墙上附上白纸和复写纸，在水平桌面上固定放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上滚下，滚过桌边后钢球做平抛运动，最终打在墙上，记录钢球的落点。改变桌子和墙之间的距离，就可以得到多组数据，从而可以得到平抛运动的轨迹。不计空气阻力，重力加速度取。
①关于该实验，以下说法中正确的是______（填选项前的字母序号）
A．必须保证钢球每次从同一位置由静止滚下
B．必须保证水平桌面和斜面是光滑的
C．必须保证斜面底端与桌边的距离不变
②为了得到平抛运动的轨迹，必须测量的物理量包括______（填选项前的字母序号）
A．桌子右边缘和墙之间的距离
B．钢球的质量
C．桌面距地面的高度
（2）在用图1所示的实验装置研究匀变速直线运动的实验中，正确操作后得到如图2所示的一条纸带。纸带上为选取的7个计数点，每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出，打点计时器所接电源的频率是50 Hz。现测得两点之间的距离为= 2.78 cm，两点之间的距离为= 15.98 cm。回答下列问题：
①相邻计数点间的时间间隔为______s。
②当打点计时器打下计数点时，小车的瞬时速度为=______m/s。（计算结果保留2位有效数字）
③根据纸带求得小车的加速度大小为=______m/s2。
【答案】 （1） AC A （2）
3．（2022·广东惠州·模拟）在地球上用如图甲所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的刀片，当悬线摆至P点处时能轻易被割断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄。在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是。照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为，则：
（1）由已知信息，可知a点___________（选填“是”或“不是”）小球的抛出点。
（2）由已知信息，若不计其他阻力，可以算出小球做平抛运动的初速度是________。（保留两位有效数字）
（3）由已知信息，可以推算出地球表面的重力加速度为________（保留两位有效数字）
4．（2022·海南·昌江黎族自治县矿区中学二模）在“研究平抛运动”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验的简要步骤如下：
A．让小球多次由静止从斜槽上的___________（选填“同一”或“不同”）位置滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置。
B．按图1安装好器材，注意调整斜槽末端沿___________方向，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线。
C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛运动物体的轨迹。
D．完成上述步骤，将正确的答案填在横线上。
E．上述实验步骤A、B、C的合理顺序是___________。
F．某同学在做平抛运动实验时得到了如图2中的运动轨迹，a、b、c点的位置在运动轨迹上已标出。则：小球平抛的初速度为___________m/s。（g=10m/s2，计算结果保留一位有效数字）
5．（2022·山东师范大学附中模拟）利用智能手机自带的各种传感器可以完成很多物理实验。某同学利用如图所示的实验装置，结合手机的传感器功能测定当地的重力加速度，实验步骤如下：
I．实验前用游标卡尺测出小球的直径d=5.00mm；
II．实验装置中固定轨道AB的末端水平，在轨道末端安装一光电门，光电门通过数据采集器与计算机相连，测量小球离开轨道时的速度。将小球从轨道的某高度处由静止释放，小球运动一段时间后，打到竖直记录屏MN上，记下落点位置。然后通过手机传感器的测距功能，测量并记录小球做平抛运动的水平距离x和竖直下落距离h；
III．多次改变屏MN与抛出点B的水平距离x，使小球每次都从轨道的同一位置处由静止释放，重复上述实验，记录多组x、h数据，如下表所示
请根据上述数据，完成下列问题：
（1）在答题卡给定的坐标纸上做出的图像；_______
（2）若光电计时器记录的平均遮光时间，根据上述图像求得当地的重力加速度大小g=______m/ s2（结果保留三位有效数字）；
（3）若实验中，每次记录的h值均漏掉了小球的半径，按照上述方法计算出的重力加速度大小与真实值相比_______。（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。
6．（2022·北京西城·二模）某同学做“探究平抛运动的特点”实验。
（1）该同学先用图1所示的器材进行实验。他用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，改变小球距地面的高度和打击小球的力度，多次重复实验，均可以观察到A、B两球同时落地。关于本实验，下列说法正确的是( )
A．实验现象可以说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动
B．实验现象可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
C．实验现象可以同时说明平抛运动在两个方向上的运动规律
（2）为了在（1）实验结论的基础上进一步研究平抛运动的规律，该同学用图2所示的器材继续进行实验，描绘出小球做平抛运动的轨迹。如图3所示，以小球的抛出点O为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴建立坐标系。该同学在轨迹上测量出A、B、C三点的坐标分别为、和。如果坐标满足___________关系，说明小球抛出后在O、A、B、C相邻两点间运动经历了相等的时间间隔。同时，如果坐标还满足___________关系，那么证明小球的水平分运动是匀速直线运动。
（3）某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置。如图4所示，在一个较高的塑料筒侧壁靠近底部的位置钻一个小孔，在小孔处沿水平方向固定一小段吸管作为出水口。将塑料筒放在距地面一定高度的水平桌面上，在筒中装入一定高度的水，水由出水口射出，落向地面，测量出水口到地面的高度y和水柱的水平射程x。在实验测量的过程中，该同学发现测量水柱的水平射程x时，若测量读数太慢，x的数值会变化。
a.请分析水平射程x的数值变化的原因。( )
b.为了减小实验误差，应选用直径较大的容器，还是直径较小的容器？请说明判断依据。( )
7．（2022·重庆·模拟）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。小球沿斜槽轨道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，小球落在挡板上时，小球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放小球，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____________。
A．斜槽末端可以不水平
B．每次从斜槽上相同的位置由静止释放小球
C．在描绘小球的运动轨迹时，实验所得的相邻两点均应用直线连接起来
（2）图乙是实验所得的一部分坐标纸，测得小格的边长为a，小球经过相邻两点的时间间隔为T，则小球通过B点时的竖直分速度大小为____________，小球从Q点运动到A点经历的时间为____________。
8．（2022·广东·顺德一中模拟）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0.05s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5cm。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：（结果均保留2位有效数字）
（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为___________ m/s，竖直分量大小为___________ m/s；
（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为___________ m/s2。
（3）请谈此实验应注意哪些操作（说两个操作）：______________________________________。
9．（2022·辽宁丹东·二模）利用频闪仪给运动物体拍照是研究物体做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。某物理小组利用图甲所示装置探究平抛运动的规律。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。根据平抛运动规律分析下列问题（g取10m/s2）。
（1）下面说法正确的是_____（填选项前的字母）。
A．使用密度大、体积小的小球
B．必须测出平抛小球的质量
C．斜槽轨道末端切线水平
D．尽量减小小球与斜槽之间的摩擦力
（2）图乙中，频闪仪B所拍摄的频闪照片为乙图中的_________（选填“a”或“b”）。
（3）测得图乙（a）中OP距离为45cm，（b）中OP距离为30cm，小球在P点速度大小应为_______m/s。（结果可用根号表示）
10．（2022·新疆·疏勒县实验学校模拟）小明用如图甲所示的装置“研究平抛运动及其特点”，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片使A球水平飞出，同时B球被松开。
（1）他观察到的现象是：小球A、B_______（填“同时”或“先后”）落地；
（2）让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间_______（填“变长”“不变”或“变短”）；
（3）然后小明用图乙所示方法记录平抛运动的轨迹，由于没有记录抛出点，如图丙所示，数据处理时选择A点为坐标原点（0，0），结合实验中重锤方向确定坐标系，丙图中小方格的边长均为0.05m，g取10m/s2，则小球运动中水平分速度的大小为_____m/s，小球经过B点时的速度大小为______m/s。（结果保留两位有效数字）实验顺序
1
2
3
4
5
x（cm）
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
x2（×10-2m2）
1.00
2.25
4.00
6.25
9.00
h（cm）
4.87
10.95
19.50
30.52
43.91