2024版新教材高考物理复习特训卷考点29实验：探究平抛运动的特点

这是一份2024版新教材高考物理复习特训卷考点29实验：探究平抛运动的特点，共7页。


①调节高度旋钮，使两水平仪中气泡均处于中央；
②移去Q，接通电源，闭合S，让斜槽M、N上的电磁铁分别吸住两铁球，断开S，观察现象；
③再闭合S，让P及M的电磁铁分别吸住两铁球，断开S，观察现象．改变P的位置，重复上述操作；
④将一坐标纸和复写纸固定在背板上，装上Q闭合S，让M的电磁铁吸住小球，断开S，钢球落到Q上，挤压复写纸，在纸上留下印迹．上下调节Q，重复此过程，记录多个印迹：
⑤断开电源，取下坐标纸，根据印迹进行分析．
(1)调节左侧水平仪的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(2)步骤③观察到现象是________________________________________，说明了________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)图丙中a、b、c、d为小球在平抛运动途中的几个位置，小方格的边长L＝2.5 cm，则a点________(选填“是”或“不是”)抛出点，初速度v0＝________m/s(取g＝10 m/s2)；
(4)某次实验中，底座上右侧水平仪如图丁所示，若不计阻力，则可能出现的误差有________；
A．因背板上端向纸面外侧倾斜，导致v0测量值偏小
B．因背板上端向纸面外侧倾斜，导致v0测量值偏大
C．因背板上端向纸面内侧倾斜，导致v0测量值偏小
D．因背板上端向纸面内侧倾斜，导致v0测量值偏大
2．[2022·浙江1月，节选]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1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________(单选).
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＝________(单选).
A． eq \r(2gh) B． eq \r(2gy0)
C．x0 eq \r(\f(g,2h)) D．x0 eq \r(\f(g,2y0))
(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________________________．
3．[2023·福建福州三模]采用如图甲所示的装置研究“平抛物体运动”的实验中．
丙
(1)某同学得到如图乙中的三个痕迹点，坐标纸每小格边竖直方向长为5 cm，当地重力加速度g＝9.8 m/s2，从图中可以判断出A点________(填“是”或“不是”)平抛运动的抛出点．该小球从槽口末端水平抛出的初速度v0＝________m/s(保留2位有效数字).
(2)另一同学建立的直角坐标系如图丙所示，他在轨迹上任取一点M，测得坐标为(x，y)，则初速度的测量值为v0＝________(已知重力加速度为g)，测量值比真实值要________(选填“偏大”“偏小”或“不变”).
4．[2023·江苏泰州3月模拟]用如图甲所示装置研究平抛运动的轨迹．将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的木板上．钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在竖直挡板MN上．由于竖直挡板与竖直木板的夹角略小于90°，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．每次将竖直挡板向右平移相同的距离L，从斜槽上同一位置由静止释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点．
(1)实验前需要检查斜槽末端是否水平，正确的检查方法是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(2)以平抛运动的起始点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向建立坐标系．将钢球放在Q点，钢球的________(选填“最右端”“球心”或“最下端”)对应白纸上的位置即为坐标原点；
(3)实验得到的部分点迹a、b、c如图乙所示，相邻两点的水平间距均为L，ab和ac的竖直间距分别是y1和y2，当地重力加速度为g，则钢球平抛的初速度大小为________．钢球运动到b点的速度大小为________．
5．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10 m/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图乙中的________(选填“a”或“b”).
(3)测得图乙(a)中OP距离为45 cm，(b)中OP距离为30 cm，小球在P点速度大小应为________m/s.(结果可用根号表示)
6．“研究平抛物体的运动”实验的装置如图甲所示，小球从斜槽上滚下，经过水平槽飞出后做平抛运动，竖直木板上固定有白纸，每次都使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片迎接小球，使小球恰好从孔中央通过而不碰到边缘，然后对准孔中央在白纸上记下一点，通过多次实验，在竖直白纸上记录小球所经过的多个位置，用平滑曲线连起来就得到小球做平抛运动的轨迹．
(1)如图乙所示是在实验中记录的一段轨迹，已知小球是从原点O水平抛出的，经测量A点的坐标为(40 cm，20 cm)，g取10 m/s2，则小球平抛的初速度v0＝________m/s，若B点的横坐标为xB＝60 cm，则B点的纵坐标为yB＝________m；
(2)一同学在实验中采用了如下方法：如图丙所示，斜槽末端的正下方为O点，用一块平木板附上复写纸和白纸，竖直立于正对槽口前的O1处，使小球从斜槽上某一位置由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹A，将木板向后平移至O2处，再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，小球撞在模板上留下痕迹B，O、O1间的距离为x1，O、O2间的距离为x2，A、B间的高度差为y，则小球抛出时的初速度v0为________．
A． eq \r(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ＋x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ))g,2y)) B． eq \r(\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) －x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ))g,2y))
C． eq \f(x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ＋x eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ,2) eq \r(\f(g,2y)) D． eq \f(x2－x1,2) eq \r(\f(g,2y))
7．用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动的物体的轨迹，一种设计原理如图甲所示．物体A以某一初速度从O点水平抛出，它能够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，在它运动的平面内安放着超声－红外接收装置B，B盒装有B1、B2两个超声－红外接收器，并与计算机相连，B1、B2各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差，并由此算出它们各自与物体A的距离．
(1)为使运动轨迹更接近抛物线，物体A应选用下列哪种小球更合理________．
A．小木球 B．小钢球
C．小皮球
(2)如图乙所示，某实验小组让物体A在图示位置同时发射超声波脉冲和红外线脉冲，以抛出点O为坐标原点建立坐标系，若还测出了O点到B1、B2的距离，重力加速度未知，则由题中条件可以求出________．
A．物体A的初速度
B．物体A的位置坐标
C．物体A的运动时间
D．物体A此时的速度方向
考点29 实验：探究平抛运动的特点
1．答案：(1)使斜槽末端切线水平，小球飞离斜槽后做平抛运动 (2)P、M两电磁铁吸住的两铁球同时落地 平抛运动的小球竖直方向做自由落体运动 (3)不是 1.0 (4)C
解析：(1)调节左侧水平仪的目的是：使斜槽末端切线水平，小球飞离斜槽后做平抛运动．
(2)步骤③观察到现象是：P、M两电磁铁吸住的两铁球同时落地．
M处的电磁铁经过斜槽末端的光控开关K时，P处的电磁铁电源断开，两球在同一高度同时开始在空中运动，P处小球做自由落体运动，两铁球同时落地说明，平抛运动的小球竖直方向做自由落体运动．
(3)若a点是抛出点，则因为小球竖直方向做自由落体运动，相等时间内的竖直位移比应为1∶3∶5，但是图丙中各点竖直方向的位移比为1∶2∶3，故a点不是抛出点．
由图丙可知x＝2L＝v0t，Δy＝L＝gt2，代入数据，联立可得v0＝1.0 m/s.
(4)由图丁可知，水平仪气泡偏下，故背板向纸面内倾斜．因此图丙中坐标纸竖直方向的距离不是小球实际竖直方向下落的高度，实际竖直方向的分位移应为坐标纸中的距离在竖直方向的投影，即测量值Δy比实际值偏大，由Δy＝gt2可知，相邻两点间的时间的测量值t偏大．而水平方向的距离与背板是否倾斜无关，故由x＝v0t可知，初速度的测量值偏小．故选C.
2．答案：(1)C (2)D (3)确保多次运动的轨迹相同
解析：(1)斜槽轨道不需要光滑，只需要从同一位置静止释放小球，使其到达斜槽末端的速度相同即可，故选项A错误；由于描点可能出现误差，因此不是把所有的点都用曲线连接起来，选项B错误；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，这样误差较小，选项C正确．(2)根据平抛运动规律有x0＝v0t、y0＝ eq \f(1,2)gt2，联立可得v0＝x0 eq \r(\f(g,2y0))，选项A、B、C错误，D正确．(3)为了保证能画出同一个平抛运动轨迹上的多个点，必须要在同一位置由静止释放小球，以确保多次运动的轨迹相同(或“保证小球离开斜槽末端的速度v0相同，从而保证其运动轨迹相同”).
3．答案：(1)不是 1.5 (2)x eq \r(\f(g,2y)) 偏大
解析：(1)若A点为平抛运动的抛出点，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动连续相等时间内的位移比应为1∶3∶5，由图可知，不满足此规律，故A点不是平抛运动的抛出点，由A→B和B→C水平方向位移相等，可知时间也相等，竖直方向水平方向分别列式Δy＝2L＝gt2，水平方向3L＝v0t，代入数据联立解得v0≈1.5 m/s.
(2)根据x＝v0t，y＝ eq \f(1,2)gt2，得v0＝x eq \r(\f(g,2y))，因为坐标原点靠下，造成y值偏小，从而v0偏大．
4．答案：(1)将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平 (2)球心
(3)L eq \r(\f(g,y2－2y1))
解析：(1)将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平．
(2)钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点．
(3)由于两段水平距离相等，故时间相等，根据(y2－y1)－y1＝gt2
解得t＝ eq \r(\f(y2－2y1,g))，
则初速度为v＝ eq \f(L,t)＝L eq \r(\f(g,y2－2y1))
b点的竖直速度vby＝ eq \f(y2,2t)
b点的速度vb＝ eq \r(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) ＋v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(by)) )＝.
5．答案：(1)AC (2)a (3) eq \r(10)
解析：(1)为了减小空气阻力的影响，使用密度大、体积小的小球，A正确；不必测出平抛小球的质量，B错误；为了使小球离开轨道后做平抛运动，斜槽轨道末端切线水平，C正确；因为每次从同一位置释放小球，小球每次运动与轨道的摩擦力都相同，所以不必减小小球与斜槽之间的摩擦力，D错误．
(2)频闪仪B拍摄小球在竖直方向上的运动，频闪照片为a；
(3)根据平抛运动规律得0.45＝ eq \f(1,2)gt2；0.30＝v0t；vP＝ eq \r(v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(0)) ＋（gt）2) 解得vP＝ eq \r(10) m/s.
6．答案：(1)2 0.45 (2)B
解析：(1)根据yA＝ eq \f(1,2)gt2可得t＝0.2 s，由xA＝v0t可得v0＝2 m/s.
由xB＝v0tB可得tB＝0.3 s，则yB＝ eq \f(1,2)gt eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(B)) ＝0.45 m.
(2)根据平抛运动的规律可得x1＝v0t1，x2＝v0t2，y＝ eq \f(1,2)gt eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) － eq \f(1,2)gt eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ，联立解得v0＝ ，故A、C、D错误，B正确．
7．答案：(1)B (2)BD
解析：(1)为减小空气阻力的影响，应选用小钢球更合理．故选B.
(2)设A点坐标为(x，y)，由几何关系可得AB eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ＝x2＋(OB1－y)2；AB eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(2)) ＝x2＋(OB2－y)2，由题意可知，AB1、AB2、OB1、OB2均已知，联立可解得x、y，即可确定物体A的位置坐标，B正确；由平抛位移公式可得x＝v0t；y＝ eq \f(1,2)gt2由于重力加速度g未知，故无法求得运动时间t及初速度v0，A、C错误；由速度偏角公式可得tan α＝ eq \f(vy,v0)＝ eq \f(gt,v0)，由位移偏角公式可得tan β＝ eq \f(y,x)＝ eq \f(gt,2v0)，对比可得tan α＝2tan β＝ eq \f(2y,x).故可确定物体A此时的速度方向，D正确．