2022年高考物理实验4研究平抛物体的运动练习

这是一份2022年高考物理实验4研究平抛物体的运动练习，共4页。试卷主要包含了竖直管A上端要高于水面等内容，欢迎下载使用。
1．(8分)在做“研究平抛物体的运动”的实验时，为了能较准确地描绘出运动轨迹，下列操作要求正确的是( )
A．通过调节使斜槽的末端保持水平
B．每次释放小球的位置可以不同
C．每次必须由静止释放小球
D．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触
【解析】 本实验必须调节斜槽的末端保持水平，以保证物体做平抛运动；每次释放必须从同一位置由静止释放；小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触，以防止摩擦，保证小球做平抛运动．
【答案】 ACD
2．(8分)(2009·潍坊质检)某同学利用如图所示的两种装置探究平抛运动，方案如下：
装置1：用小锤打击金属片，A球水平抛出，同时B球自由下落．仔细观察A、B两球是否同时落到水平地面上．若同时落地，则说明水平分运动是匀速运动，竖直分运动是自由落体运动．
装置2：竖直管A上端要高于水面，这样可在较长时间内得到稳定的细水柱．水平管B喷出水流，在紧靠水流、平行于水流的玻璃板上用彩笔描出水流的轨迹，这就是平抛运动的轨迹．
找出以上叙述中不当之处并写到下面：
(1) _______________________________________________________________________；
(2) _______________________________________________________________________．
【解析】 (1)若同时落地，则说明水平分运动是匀速运动(只要说明竖直方向为自由落体运动)．(2)竖直管A上端要高于水面(应低于)．
【答案】 见解析
3．(8分)某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置，如图所示．在水平桌面一个斜面，让钢球从斜面上同一位置由静止滚下，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尺读出，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，如图．量出ab长度L＝.
B．让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下，调节木板位置，使得钢球正好击中c点，记下此时木板离地面的高度h1＝.
C．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板位置，使得钢球正好击中b点，记下此时木板离地面的高度h2＝.
D．让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下，调节木板位置，使得钢球正好击中a点，记下此时木板离地面的高度h3＝.
则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v0b点时其竖直分速度大小为vbyg＝10m/s2，空气阻力不计．
【解析】 由于小球每次都是从斜面上同一位置释放的，所以小球的水平初速度不变，小球从落到a点到落到b点与从落到b点到落到c点所用的时间相同，可设为T.
水平方向：v0＝eq \f(ac,2T) ①
竖直方向：ab对应的竖直高度Δh1＝h3－h2＝10cm.
bc对应的竖直高度Δh2＝h2－h1＝20cm
则Δh＝Δh2－Δh1＝gT2 ②
联立①②代入数据得v0＝2m/s，T
由运动学公式：vby＝eq \f(h3－h1,2T)＝eq \,2×0.1s)＝/s.
【答案】
4．(9分)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(甲)所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图(甲)中P0P0′、P1P1′…)，槽间距离均为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板的各插槽中，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板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点．如图(乙)所示．

(1)实验前应对实验装置反复调节，直到________，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了______________________．
(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了______________________．
(3)在图(乙)中绘出小球做平抛运动的轨迹．
【解析】 平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动．实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保持小球水平抛出的初速度相同．每次将B板向内侧平移距离d，是为了保持相邻痕迹点的水平距离大小相同．有些考生不明白每次将B板向内侧平移距离d的道理．
【答案】 (1)斜槽末端水平 小球每次平抛速度相同
(2)保持相邻痕迹点的水平距离大小相同
(3)如图所示
5．(9分)一名同学在“研究平抛运动”实验中，只画出了如图所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离Δs相等的三点A、B、C，量得Δs＝.又量出它们之间的竖直距离分别为h1＝，h2＝，利用这些数据，可求得：
(1)物体抛出时的初速度为________；
(2)物体经过B点时的竖直分速度为________；
(3)抛出点在A点上方的高度为________．(g取10m/s2)
【解析】 (1)设物体抛出时的初速度为v0，水平方向发生Δs位移所用时间为t，则Δs＝v0t，h2－h1＝gt2，可解得v0＝2m/s，t＝0.1s.
(2)vBy＝eq \f(h1＋h2,2t)＝/s.
(3)从抛出到落到B点的时间为tB，有vBy＝gtB，解得
tB＝eq \f(vBy,g)＝0.15s，从抛出点落到A点的时间tA＝tB－t＝0.05s；抛出点在A点上方的高度为hA＝eq \f(1,2)gteq \\al(2,A)＝.
【答案】 (1)2m/s (2)/s (3)
6．(9分)试根据平抛运动原理设计“测量弹射弹丸出射的初速度”的实验方案．提供的实验器材为弹射器(含弹丸，如图)、铁架台(带有夹具)、米尺．
(1)画出实验示意图．
(2)在安装弹射器时应注意__________________________________________．
(3)实验中需要测量的量为______________________．(在示意图中用字母标出)
(4)弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，在实验中应采取的方法是______________________．
(5)计算公式为________．
【解析】 (1)实验示意图如图所示．
(2)弹射器必须保持水平．
(3)弹丸下降高度y和水平射程x.
(4)在不改变高度y的条件下，进行多次实验，测量水平射程eq \x\t(x).
(5)eq \x\t(v)0＝eq \x\t(x)eq \r(\f(g,2y)).
【答案】 见解析
7．(9分)在做“研究平抛物体的运动”的实验时，坐标纸应当固定在竖直的木板上，如图所示坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是( )
【解析】 A图中坐标纸偏右，斜端末端没有在坐标纸内，A错；B图中坐标纸放得不竖直，B错；C图中坐标纸竖直，斜槽末端又在坐标纸内，C正确；D图中坐标纸偏下，斜槽末端没有落在坐标纸内，D项错．
【答案】 C
8．(8分)在做“研究平抛物体的运动”的实验时，已备有下列器材：有孔的硬纸片、白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、刻度尺、铁架台，还需要的器材有( )
A．秒表 B．天平 C．重垂线 D．测力计
【答案】 C
9．(10分)(2008·苏、锡、常、镇四市模拟)如图甲所示，是一位同学在实验室中照的一小球做平抛运动的频闪照片的一部分，由于照相时的疏忽，没有摆上背景方格板，图中方格是后来用直尺画在相片上的(图中格子的竖直线是实验中重垂线的方向，每小格的边长均为5mm)．为了补救这一过失，他对小球的直径进行了测量，如图乙所示，如果取重力加速度g＝10m/s2，则
(1)照相机的闪光频率为________Hz；
(2)小球做平抛运动的初速度为________m/s.
【解析】 真实小球的直径是底片上小球的4倍，说明小球实际做平抛运动的水平、竖直位移应是照片的4倍．对竖直分运动，由Δs＝gT2＝得T＝0.1s，则频率为10Hz，则v＝eq \f(l,T)＝1m/s.
【答案】 (1)10 (2)1
10．(10分)(2007·高考上海卷)利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断；MN为水平木板，已知悬线长为L，悬点到木板的距离OO′＝h(h>L)．
(1)电热丝P必须放在悬点正下方的理由是______________________．
(2)将小球向左拉起后自由释放，最后小球落到木板上的C点，O′C＝s，则小球做平抛运动的初速度为v0＝________.
(3)在其他条件下不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向的夹角θ，小球落点与O′点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s2为纵坐标、csθ为横坐标，得到如图所示图象．则当θ＝30°时，s为________m；若悬线长L＝，悬点到木板间的距离OO′为________m.
【解析】 (1)因为是利用单摆验证小球做平抛运动的规律，所以小球必须做平抛运动．如果电热丝不在O点的正下方，悬线被烧断时小球的速度不是水平的，不能做平抛运动．所以只有在O点的正下方才能保证小球做平抛运动．
(2)小球在竖直方向做自由落体运动，有h－L＝eq \f(1,2)gt2，水平方向做匀速直线运动，有s＝v0t，
所以有v0＝eq \f(s,t)＝seq \r(\f(g,2(h－L))).
(3)由图象可得函数关系式为s2＝(－2csθ＋2)m2，所以当θ＝30°时，csθ＝eq \f(\r(3),2)，代入得s2≈2，所以s≈.
若悬线长为1m，θ＝90°，小球在最低点的速度为v，根据机械能守恒定律有mgL＝eq \f(1,2)mv2，所以v＝eq \r(2gL)，而此时水平位移为s＝eq \r(2)m，代入(2)中结果v0＝seq \r(\f(g,2(h－L)))
可得h＝.
【答案】 (1)保证小球沿水平方向抛出
(2)seq \r(\f(g,2(h－L)))
11．(12分)(2008·北京海淀区高三期中测试)某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验中，在已经判定平抛运动在竖直方向为自由落体运动后，再来用如图甲所示实验装置研究水平方向的运动．他先调整斜槽轨道使槽口末端水平，然后在方格纸(甲图中未画出方格)上建立直角坐标系xOy，将方格纸上的坐标原点O与轨道槽口末端重合，Oy轴与重垂线重合，Ox轴水平．实验中使小球每次都从斜槽同一高度由静止滚下，经过一段水平轨道后抛出．依次均匀下移水平挡板的位置，分别得到小球在挡板上的落点，并在方格纸上标出相应的点迹，再用平滑曲线将方格纸上的点迹连成小球的运动轨迹如图乙所示．已知方格边长为L，重力加速度为g.
(1)请你写出判断小球水平方向是匀速运动的方法(可依据轨迹图说明)．
(2)小球平抛的初速度v0__________；
(3)小球竖直下落距离y与水平运动距离x的关系式为y＝__________.
【解析】 (1)在轨迹上取坐标为(3L，L)、(6L,4L)、(9L,9L)的三点，分别记为A、B、C点，其纵坐标y1y2y3＝149，由于已研究得出小球在竖直方向是自由落体运动，因此可知从抛出到A点所用时间t1与从A点到B点所用时间t2、从B点到C点所用时间t3相等，这三点的横坐标之间的距离也相等，说明了在相等时间内水平位移相等，即说明平抛运动在水平方向的运动为匀速直线运动．
(2)由平抛运动性质可得v0t1＝3L,2L＝gteq \\al(2,1)
解得v0＝eq \f(3,2)eq \r(2gL)
(3)由平抛运动性质得x＝v0t，y＝eq \f(1,2)gt2；解之得y＝eq \f(1,9L)x2
【答案】 (1)详见解析 (2)eq \f(3,2)eq \r(2gL) (3)eq \f(1,9L)x2
【知识拓展】 物体做平抛运动的条件是初速度方向水平，只在重力作用下运动．其运动可以看成水平方向上的的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成．“方格题”往往是通过自由落体运动规律Δs＝gt2成为解决此类问题的突破口．