高考物理一轮复习单元综合训练专题26 探究平抛运动的特点（2份，原卷版+解析版）

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教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理
1.实验目的：
（1）学会用实验的方法探究平抛运动的特点；
（2）通过数据分析描绘平抛运动的轨迹。
2.实验思路：由于物体是沿水平方向抛出的,在运动过程中只受重力作用。因此平抛运动可能是水平方向和竖直方向分运动的合成。那么只要研究出这两个分运动的特点,平抛运动的规律就清楚了。
3.进行实验：
（1）实验器材：小钢球、斜槽轨道、木板及竖直固定支架、坐标纸、图钉、重锤、铅笔、三角板、刻度尺等。
（2）实验步骤：
实验装置如图所示。斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N,钢球飞出后,落到挡板上。实验前,先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后,就会挤压复写纸,在白纸上留下印迹。上下调节挡板N,通过多次实验,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后,用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。
（3）注意事项：
①应保持斜槽末端的切线水平,钉有坐标纸的木板竖直,并使小钢球运动时靠近坐标纸但不接触。
②小钢球每次必须从斜槽上同一位置无初速度滚下,在斜槽上释放小钢球的高度应适当,使小钢球以合适的水平初速度抛出,其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布,从而减小测量误差。
③坐标原点(小钢球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,应是小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点。
【例1】在“探究平抛运动的特点”实验中

（1）重复实验数次，无论打击力大或小，仪器距离地面高或低，A、B两球总是同时落地，该实验表明 。
A．平抛运动水平方向的分运动是匀速直线运动
B．平抛运动水平方向的分运动是匀加速直线运动
C．平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动
D．平抛运动竖直方向的分运动是匀速直线运动
（2）如图2所示，在探究平抛运动水平分运动的特点时，下列器材中除木板、小球、斜槽、铅笔、刻度尺、图钉、白纸和复写纸之外，还需要的有 。（选填“弹簧测力计”、“重锤线”或“天平”）
（3）实验中，下列说法正确的是 。
A．斜槽轨道要尽量光滑
B．只要每次小球从斜槽上相同的位置开始运动即可
C．斜槽轨道末端要保持水平
D．记录点应适当多一些，这样描绘出的轨迹更好地反映真实运动
（4）用平滑的曲线把小球在白纸上留下的印迹连接起来，得到小球做平抛运动的轨迹，建立直角坐标系，坐标原点选在 。
A．斜槽末端端点 B．小球在斜槽末端时的球心
C．小球在斜槽末端时球的上端 D．小球在斜槽末端时球的下端
（5）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L=5cm，通过实验记录了小球在运动途中的三个位置，如图3所示，则该小球做平抛运动的初速度为 m/s。（g取，结果保留两位有效数字）
新高考的改进创新实验
1.频闪照相法
【例2】用频闪照相技术拍下的两小球运动的频闪照片如图所示，拍摄时，光源的频闪频率为20Hz（即每隔0.05s频闪一次），a球从A点水平抛出的同时，b球自B点开始下落，背景的小方格为相同的正方形。重力加速度g取，不计阻力（已知）。
（1）根据题干叙述及照片显示的信息，下列说法中正确的是 ；
A．可以确定a球沿水平方向的运动是匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成
B．只能确定b球的运动是自由落体运动
C．不能确定a球沿竖直方向的运动是自由落体运动
D．只能断定a球的运动是水平方向的匀速直线运动
（2）根据题干叙述及照片信息可求出：
①小方格的边长为L＝ cm；
②a球的初速度大小为 m/s；
③a球运动到C点时的速度大小为 m/s（保留三位有效数字）；
④当a球与b球运动了 s时它们之间的距离最小。
2.单摆断线法
【例3】利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图（a）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为 。（用s、g、h、L表示）
(3)在其他条件不变的情况下，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，得到如图（b）所示图像。则当θ=60°时，s为 m；
(4)在研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录运动轨迹，小方格的边长L，若小球在平抛运动中的几个位置如下图中的a、b、c、d所示（见图），则小球的初速度的计算公式为v0= （用L ，g 表示）
3.挡板平移法
【例4】在做研究平抛运动的实验中，为了确定小球在不同时刻通过的位置，实验装置如图甲所示。实验操作的主要步骤如下：

①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E前，木板与槽E之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直。
②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A。
③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B。
④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。
（1）关于该实验，下列说法正确的是( )
A．斜槽轨道必须尽可能光滑
B．斜槽轨道末端必须保持水平
C．每次释放小球的位置可以不同
D．每次小球均须由静止释放
（2）若某次实验测得，，，，g取，则小球平抛初速度的大小为 m/s。
（3）简答：在理解本实验的基础上，分析实验操作过程可能产生误差的原因（至少2条），并分别提出改进方案
4.传感器测量法
【例5】为了探究平抛运动规律，实验室用以下实验器材进行实验探究：二维运动传感器、平抛轨道、计算机、数据线、铁架台、重锤线。
如图甲所示，二维运动传感器是由小球A和接收器B组成。接收器B每隔0.02s采集一次小球A发射出的定位信号，并将数据发送给计算机进行处理。
首先，调节平抛轨道，使轨道末端 ；
然后，将小球A从轨道的某高度处由静止释放。计算机接收到的数据如下表所示，并根据数据自动绘出了小球A运动的图甲点迹如图乙所示。
根据实验数据可知，小球A水平方向的分运动是 运动，且速度大小为 m/s；还可计算出小球A的加速度大小为a= m/s2；

进一步分析可知，图乙中的坐标原点 （填“是”或“不是”）小球A做平抛运动的起始点。
5.光电门测量法
【例6】用如图所示的装置研究平抛运动。在水平实验桌右端固定一个光电门，桌上固定竖直挡板，轻质弹簧一端固定在挡板上，弹簧水平。倾斜长木板上的上端P和桌面等高，木板紧挨着桌面且弹簧对着木板的中央，然后把木板固定，与水平面夹角。用小铁球压缩弹簧，然后由静止释放，小铁球离开桌面，落在斜面上，标记出落点位置Q。通过研究小球压缩弹簧的形变量不同，平抛的初速度不同，落在斜面上的位置不同，探索光电门记录的扫光时间t和P、Q间距离L的关系，进而研究平抛运动。已知小球直径d，查资料可知当地重力加速度g，请回答下列问题：

（1）完成此实验，还需要的实验器材有 。（填选项序号）
A．秒表 B．天平 C．刻度尺 D．弹簧测力计
（2）在坐标纸上，以L为纵坐标，以 （选填“t”、“”或）为横坐标，把记录的各组数据在坐标纸上描点，连线得到一条过原点的直线。若斜率为 ，就说明平抛运动水平方向做 运动和竖直方向做 运动。
（3）从实验数据可知，若小球的初速度增加1倍，则P、Q间的距离将变为原来的 倍。
【综合提升专练】
1．2023 年夏天，异常炎热，这注定水枪玩具销售火爆，不仅儿童玩水枪，甚至成人也开始玩。据《钛媒体》报道，今年夏天，汕头的工厂几乎都在做电动水枪， 生产电动水枪的玩具厂数量相较去年翻了至少 5 倍；在玩具枪市场，今年夏天水枪销量占比已经超过了 。周潇同学有一把电动水枪，它有三种模式，一种是散射，一种是直线连续喷射，还有一种是脉冲式发射。周潇同学想测定后两种模式水枪的发射速度。

（1） 将电动水枪水平固定在铁架台上，采用直线连续喷水模式，按压扳机后细水柱沿直线喷出，在空中划出一条曲线。在铁架台后面平行于水枪竖直固定一块坐标板，使 点处于枪口位置， 轴与枪口在同一水平线上，水枪喷水后用手机拍照， 得到如图乙所示的轨迹。 如果重力加速度 ，根据图中轨迹可得初速度v0= m/s。（结果保留一位小数）
（2） 如果水枪并不完全水平， 而是枪口略向下偏， 则根据图乙数据测出的初速度相对实际值 （选填“偏大”“相等”或“偏小”）。
（3）改用脉冲发射方式，每次发射都射出一个“水弹”（很短的小水柱）。测出枪口的高度及“水弹”的射程。改变水枪高度， 多次实验。根据实验数据作出枪口高度“y”与射程的平方（x2）关系图线如图丙所示∶

如果重力加速度 ，由图可知水枪发射 “水弹” 的初速度大小为 。
2．某同学设计了一个探究平抛运动的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上同一位置静止开始滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。他把桌子搬到墙的附近，使从水平桌面上滚下的钢球能打到墙上，把白纸和复写纸附在墙上，记录钢球的落点。现测得钢球直径为d，某次实验桌子边缘到墙的水平距离为x，钢球在墙上的落点到桌面的竖直距离为H。重力加速度为g。

（1）钢球此次实验平抛的水平位移为 ；竖直位移为 。
（2）现保持钢球释放位置不变，改变桌子到墙的距离，结合第（1）问使钢球平抛的实际水平位移变为原来的2倍，钢球平抛后仍能打到墙上，钢球下落的竖直位移变为原来的N倍，则 ；实际由于钢球与桌面之间存在摩擦力，其他误差和阻力不计，则本次钢球平抛的实际竖直位移 原来钢球平抛竖直位移的N倍（填“大于”、“等于”或“小于”）。
3．“探究平抛物体的特点”实验的装置如图甲所示．每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止释放，钢球从斜槽末端水平飞出后做平抛运动．在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上．通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置，用平滑曲线连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹．

（1）在此实验中，小球与斜槽间有摩擦 （选填“会”或“不会”）使实验的误差增大；
（2）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，g取，则小球平抛的初速度 （计算结果保留2位有效数字）；若B点的横坐标为，则B点纵坐标为 cm．
（3）某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．将木板向后平移至处，再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，小球撞在木板上留下痕迹B．O、间的距离为，O、间的距离为，A、B间的高度差为y，重力加速度为g．则小球做平抛运动的水平速度大小 ．（用，，y，g表示）
4．（1）为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验：如图中甲所示，用小锤打击弹性金属片，B球将水平飞出，同时A球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面；如图乙所示的实验：将两个完全相同的斜滑道固定在同一竖直面内，最下端水平。把两个质量相等的小钢球从斜面的同一高度由静止同时释放，滑道2与光滑水平板连接，则将观察到的现象是球1落到水平木板上击中球2。这两个实验说明 。

A．甲实验只能说明平抛运动在竖直方向做自由落体运动
B．乙实验不能说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动
C．不能说明上述规律中的任何一条
D．甲、乙两个实验均能同时说明平抛运动在水平、竖直方向上的运动性质
（2）关于“研究物体平抛运动”实验，下列说法正确的是 。
A．小球与斜槽之间有摩擦会增大实验误差
B．安装斜槽时其末端切线应水平
C．小球不必每次从斜槽上同一位置由静止开始释放
D．小球应选择密度小且体积大的材料
（3）如图，某同学利用丙装置在做平抛运动实验时得出如图丁所示的小球运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出。（g取）
①小球平抛运动的初速度为 。
②小球运动到b点时，在y方向的分速度为 。
③抛出点坐标 cm， cm.
5．用如图所示的装置研究平抛运动的实验，请完成相关实验内容。

（1）将斜轨固定在桌面上，反复调节斜轨末端成水平；
（2）在末端出口处安装光电门并调节其到适当位置。将贴有坐标纸的木板紧靠在斜轨出口处竖直放置，并在坐标纸上将出口处标为O点，过O点作水平线为x轴、竖直线为y轴；
（3）用精密仪器测量出小球的直径；
（4）从斜轨上释放小球，用每隔曝光一次的频闪照相机正对着木板照相，每次需让小球从同一位置由静止释放，是为了 ；
（5）从数字计时器读得小球通过光电门的遮光时间为，则小球通过光电门时的瞬时速度为 m/s；（保留两位有效数字）
（6）用毫米刻度尺测量一个方格的边长a时（题中右图），可读出边长 cm，根据频闪照片中记录的信息，在题中左图的坐标纸上标出小球离开斜轨后的5个连续位置A、B、C、D、E，其中A、E之间在水平方向上有12个方格，由此可求得小球做平抛运动的初速度为 m/s；（计算结果保留两位有效数字）
（7）多次实验发现总是有，导致这个结果的可能原因有 。（填选项前的字母）
A．小球在轨道斜面上受摩擦阻力 B．小球平抛运动过程受空气阻力
C．小球平抛运动轨迹平面与坐标纸不平行 D．小球经过光电门时，球心与光线不在同一高度
6．某学习小组设计如下实验研究平抛运动，如图甲所示。

（1）当a球从斜槽末端水平飞出时与b球离地面的高度均为H，此瞬间电路断开使电磁铁释放b球，最终两小球同时落地，改变H大小，重复实验，a、b仍同时落地，该实验结果可表明 。
A．两小球落地速度的大小相同
B．两小球在空中运动的时间相等
C．a球在竖直方向的分运动与b球的运动相同
D．a球在水平方向的分运动是匀加速直线运动
（2）另一实验小组设计装置如图乙所示，弯曲轨道AB固定在水平桌面上，在离轨道边缘B不远处有一可移动的竖直平面abcd，平面中心竖直线标有刻度，0刻度线与桌面边缘平齐。以边缘B正下方的O点为原点建立水平x轴。实验时，将竖直平面移动到x处，从固定立柱处由静止释放体积很小的钢珠，钢珠从B点离开后击中中心竖直线某点，记录刻度值y；改变x，重复实验。
①研究平抛运动规律时，下述条件对减小误差没有帮助的是 。
A．弯曲轨道边缘保持水平
B．弯曲轨道尽量光滑
C．保持竖直平面abcd与水平面垂直
D．使用相同体积但质量较大的小钢珠
②如图所示的图像中，能正确反映y与x的关系的是 。
A． B． C．
③若某次将钢珠从固定立柱处由静止释放，记录钢珠击中中心竖直线的刻度，记为y；将竖直平面向远离B方向平移10.00 cm，再次将钢珠从固定立柱处由静止释放，记录钢珠击中中心竖直线的刻度为y1=y+5.02 cm；将竖直平面再向远离B方向平移10.00 cm，让钢珠从固定立柱处由静止释放，记录钢珠击中中心竖直线的刻度为y2=y+19.84 cm。钢珠的初速度为v0= m/s。
7．某学习小组利用手机和刻度尺研究小球做平抛运动的规律。他们用手机拍摄功能记录小球抛出后位置的变化，每隔时间T拍摄一张照片。
Ⅰ．小球在抛出瞬间拍摄一张照片，标记小球位置为A，然后依次每隔1张照片标记一次小球的位置，得到如图所示的B点和C点；
Ⅱ．经测量，AB、BC两线段的长度之比。
（1）为了减小空气阻力的影响，小球应选择： （填选项字母）
A．实心金属球 B．空心塑料球 C．空心金属球
若忽略空气阻力，已知当地重力加速度为g；
（2）AB、BC之间的水平距离在理论上应满足 （选填“大于”、“等于”或“小于”）；
（3）BC之间实际下落的竖直高度为 （用g、T表示）；
（4）小球抛出时的初速度大小为 （用g、T、a、b表示）。
8．我国对儿童玩具枪的弹丸的射出速度有严格要求。实验小组研究某款玩具枪是否符合规定。小组同学使玩具枪从O点射出弹丸，将弹丸离开枪口后的运动看作平抛运动，用照相机拍出弹丸的运动轨迹如图所示。A、B、C是小球平抛轨迹上三个不同时刻对应的位置，OM是水平线，MN是竖直线，OA、OB、OC的延长线与MN交点的间距分别为和。已知照片与实际大小的比例为，测得照片中，，A、B、C三点在水平方向的间距，。
（1）照片中的 。
（2）若取重力加速度大小，则弹丸从枪口射出的初速度大小为 。
（3）为了减小实验误差，请提出一条合理的建议： 。
9．图甲为研究平抛运动的装置。
（1）安装设备和实验过程中，下列操作正确的是( )
A．每次释放小球时挡板位置可以任意调节
B．斜槽末端必须水平，以保证小球每次抛出时初速度相同
C．平面直角坐标系的原点建立在斜槽的末端
D．小球上沾上墨水，让小球和纸面接触直接画出抛物线
（2）某同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速释放，并从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹。某同学设想小球先后三次做平抛，将水平挡板依次放在如图乙1、2、3的位置，且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中，小球落点位置依次记为a、b、c，3个位置的水平距离记为xab、xbc，忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是( )
A． xab>xbc B． xab