2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案027-课时作业24 探究平抛运动的特点（教用）

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1．（2026·湖南长沙模拟）（8分）某实验小组利用如图甲所示装置研究平抛运动的规律。实验方案如下：
（1） 调节管口方向，使水从管口沿_ _ _ _ 方向射出；
（2） 待水在空中形成稳定的弯曲水柱后，紧贴水柱后方放置白底方格板，小方格边长为10cm，并利用手机正对水柱拍摄照片，取水柱上的四个点A、B、C、D，如图乙所示，重力加速度g取10m/s2，忽略空气阻力，则水流射出管口的初速度大小为_ _ _ _ m/s；
（3） 若已知水管的横截面积为1cm2，由上述信息可计算出水从管口流出的流量（单位时间流出水的体积）为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） 水平
（2） 3
（3） 3×10−4m3/s
【解析】
（1） 由于是研究平抛运动规律，因此应使水从管口沿水平方向射出；
（2） 设BC、AB的竖直高度差为Δy，则Δy=0.10m，根据Δy=gT2，解得T=0.110s=0.1s，故水流射出管口的初速度大小v0=xT=3m/s；
（3） 水的流量Q=v0S=3×10−4m3/s。
2．（10分）图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图（重力加速度g取10m/s2）。
（1） 实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线_ _ _ _ 。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次平抛_ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 图乙是正确实验取得的数据，其中O点为抛出点，则小球做平抛运动的初速度大小为_ _ _ _ m/s。
（3） 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，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为_ _ _ _ m/s；B点的竖直分速度大小为_ _ _ _ m/s。
【答案】（1） 水平；初速度相同
（2） 1.6
（3） 1.5；2
【解析】
（1） 小球做平抛运动的初速度必须水平，所以实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平；每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次平抛初速度相同。
（2） 根据平抛运动的规律有x=v0t，y=12gt2，可得v0=xg2y=32×10−2×102×20.0×10−2m/s=1.6m/s。
（3） 由题图丙可知，小球由A→B和由B→C所用的时间相等，则3L=v0T，5L−3L=gT2，联立解得T=0.1s，v0=1.5m/s，B点的竖直分速度大小为vBy=8L2T=2m/s。
3．（2025·天津一模）（8分）物理兴趣小组的同学用图（a）所示的装置探究平抛运动的规律并计算平抛运动的初速度v0的大小。
图（a）图（b）
（1） 关于实验注意事项，下列说法正确的是_ _ _ _ 。
A. 每次小球释放的初始位置可以任意选择
B. 斜槽轨道必须光滑
C. 斜槽轨道末端必须保持水平
D. 挡板的竖直位置必须等间距变化
（2） 甲同学按正确的操作完成实验并描绘出平抛运动的轨迹，以斜槽末端端口位置作为坐标原点O，重垂线与y轴重合，建立xOy平面直角坐标系，如图（b）所示。甲同学认为仅测量图（b）中A点的坐标值，就可以求得小球做平抛运动的初速度大小。乙同学指出此方法中由于小球尺寸不可忽略，将导致小球在A点纵坐标测量值偏小，进而使初速度的测量值比真实值_ _ _ _ （选填“偏小”或“偏大”）。
（3） 乙同学提出改进方案，若准确测出图（b）中A点、B点的横坐标分别为4L、8L，A点、B点的纵坐标之差为6L，重力加速度大小为g，忽略空气阻力的影响，可准确求得平抛运动的初速度大小v0=_ _ _ _ _ _ （用g、L表示）。
【答案】（1） C
（2） 偏大
（3） 2gL
【解析】
（1） 每次使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，因为需要保证每次小球抛出时的初速度相同，故A错误；该实验斜槽轨道不需要光滑，故B错误；研究平抛运动，初速度必须水平，所以斜槽轨道末端必须保持水平，故C正确；挡板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同位置即可，不需要等间距变化，故D错误。
（2） 根据平抛运动公式x=v0t，ℎ=12gt2，解得v0=xg2ℎ，小球在A点纵坐标测量值偏小，所以初速度的测量值比真实值偏大。
（3） 水平方向有xOA=xAB=v0T=4L，竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动，有yOAyAB=13，yOA=12gT2，yAB=6L，联立解得v0=2gL。
4．（8分）某同学利用光电门和如图所示的器材探究平抛运动的特点。斜槽和水平轨道平滑连接置于水平桌面上，水平轨道末端安装一光电门，使得直径为D的钢球通过光电门时光线正好射向钢球球心。竖直挡板上附有复写纸和白纸，钢球运动至竖直挡板时在白纸上留下点迹。
（1） 依次将挡板水平向右移动距离x，重复实验，在白纸上留下点迹A、B、C，钢球每次_ _ _ _ （选填“需要”或“不需要”）从同一位置释放。
（2） 测量AB、BC竖直距离分别为y1和y2，光电门的挡光时间为t，则钢球做平抛运动的初速度大小为_ _ _ _ _ _ ；打下相邻两点的时间间隔T=_ _ _ _ _ _ ；钢球在竖直方向的加速度大小a=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。（均用题中物理量表示）。
【答案】（1） 需要
（2） Dt；xtD；(y2−y1)D2x2t2
【解析】
（1） 为保证小球沿同一轨迹运动，则钢球每次需要从同一位置释放。
（2） 钢e球做平抛运动的初速度大小为v0=Dt，打下相邻两点的时间间隔T=xv0=xtD，钢球竖直方向有y2−y1=aT2，解得竖直方向的加速度大小为a=(y2−y1)D2x2t2。
5．［2023·浙江6月选考卷·16-Ⅰ（1）］（7分）在“探究平抛运动的特点”实验中
① 用图甲装置进行探究，下列说法正确的是_ _ _ _ 。
甲
A. 只能探究平抛运动水平分运动的特点
B. 需改变小锤击打的力度，多次重复实验
C. 能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
② 用图乙装置进行实验，下列说法正确的是_ _ _ _ 。
乙
A. 斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B. 上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C. 小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
③ 用图丙装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹。实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移动x，重复实验，挡板上留下点迹1、2、3、4。以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4。重力加速度为g，测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v0为_ _ _ _ 。
丙
A. (x+d2)g2y1B. (x+d2)gy2−y1
C. (3x−d2)g2y4D. (4x−d2)g2y4
【答案】① B
② C
③ D
【解析】
① 题图甲装置只能用于探究平抛运动竖直分运动的特点，B正确。
② 用题图乙装置进行实验时，斜槽末端必须水平，但轨道不必光滑，A错误；调节水平挡板N时，不需要等间距移动，只要能把小球的轨迹记录下来即可，B错误；为了保证小钢球平抛初速度相同，小钢球必须从M上同一位置静止滚下，C正确。
③ 钢球在竖直方向做自由落体运动，计算水平位移时，需要考虑钢球半径的影响，根据y1=12gt2、x−d2=v0t可知v0=(x−d2)g2y1，同理可得v0=(3x−d2)g2y3=(4x−d2)g2y4，A、C错误，D正确；由y1=12gt2、x−d2=v0t、y2=12gt′2、2x−d2=v0t′联立可得v0=gx(3x−d)2(y2−y1)，B错误。
6．（2025·湖南邵阳三模）（9分）利用传感器和计算机可以描出做平抛运动的物体的轨迹。某实验小组利用其来探究平抛运动的特点，设计原理图如图甲所示，物体A从O点水平抛出做平抛运动，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中装有B1、B2两个超声—红外接收器（处于O点正下方），并与计算机相连。B1、B2各自测出收到超声波脉冲和红外线脉冲的时间差，并由此算出它们各自与物体A的距离，进而确定物体A的位置，通过计算机可以即时给出A的坐标。试回答下列问题：
（1） 为了使计算机描出的物体做平抛运动的轨迹更加准确，物体A应挑选_ _ _ _ 。
A. 体积大的木球B. 体积小的钢球C. 体积小的木球
（2） 如图甲所示，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
（3） 以物体A的初速度方向为x轴正方向，竖直向下的方向为y轴正方向，在某次实验中计算机描出的平抛运动的轨迹如图乙所示，数据的采集频率为25Hz。由图乙轨迹图线分析可知，物体A平抛的初速度大小为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ m/s（结果保留2位有效数字）。
【答案】（1） B
（2） BD
（3） 1.6（1.5、1.6、1.7均可）
【解析】
（1） 为减小空气阻力的影响，物体应选择体积小、密度大的。故选B。
（2） 设A点坐标为(x,y)，由几何关系可得AB12=x2+(OB1−y)2，AB22=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；由平抛运动规律有x=v0t，y=12gt2，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；由速度偏转角公式可得tanα=vyv0=gtv0，由位移偏转角公式可得tanβ=yx=gt2v0，对比可得tanα=2tanβ=2yx，故可确定物体A此时的速度方向，D正确。
（3） 数据的采集频率为25Hz，时间间隔为T=0.04s，水平方向为匀速直线运动，时间间隔T内的水平位移为0.6410m=0.064m，则初速度v0=。