2027年高考物理一轮复习学案练习含答案04-第四章 曲线运动05-实验5 探究平抛运动的特点（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案04-第四章 曲线运动05-实验5 探究平抛运动的特点（教用），共42页。试卷主要包含了教材原型实验，创新拓展实验等内容，欢迎下载使用。
探究点一 教材原型实验
一、实验目的
1.用实验的方法描出平抛运动的轨迹。
2.会根据平抛运动的轨迹，研究平抛运动水平和竖直方向分运动的特点。
3.会根据实验描出的轨迹求解平抛物体的初速度。
二、实验器材
平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、图钉、重垂线、铅笔、刻度尺、三角板等。
三、实验步骤
1．调节
（1）斜槽末端_ _ _ _ 。
（2）固定白纸的木板竖直，使板面与小钢球的运动轨迹所在平面平行且靠近。
【答案】水平
2.确定平抛起点：将小钢球飞离斜槽末端时球心的投影点描在白纸上。
3．操作
（1）每次都从_ _ _ _ _ _ _ _ 由静止释放小钢球。
（2）上下调节倾斜挡板，通过多次实验，在白纸上记录小钢球所经过的多个位置。
【答案】同一位置
4.轨迹获取：用平滑曲线把白纸上各印迹连接起来。
四、实验数据处理
1.判断平抛运动的轨迹是否为抛物线
以小钢球平抛起点为坐标原点，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，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、⋯ ，过这些点向下作x轴的垂线，垂线与小钢球轨迹的交点记为M1、M2、M3、⋯ ，用刻度尺测量各点的坐标(x,y)。
（1）代数计算法：将某点（如M3点）的坐标代入y=ax2求出常数a，再将其他点的坐标代入此关系式，看看等式是否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明所描绘的曲线为抛物线。
（2）图像法：建立y−x2坐标系，根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值，在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平抛运动的轨迹是抛物线。
2．计算初速度
（1）平抛轨迹完整（即含有抛出点）
在轨迹上任取一点，测出该点到抛出点的水平距离x和竖直距离y，根据x=v0t、y=12gt2，就可求出初速度v0=xg2y。
（2）平抛轨迹残缺（即无抛出点）
如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动规律可知，由A到B与由B到C所用时间相等，设为t，则Δℎ=ℎBC−ℎAB=_ _ _ _ _ _ _ _ ，所以t=ℎBC−ℎABg，初速度v0=xt=xgℎBC−ℎAB。
【答案】gt2
五、误差分析
1.安装斜槽时，其末端不水平，导致小钢球离开斜槽后不做平抛运动产生误差。
2.建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确产生误差。
3.小钢球每次自由滚下时的起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。
4.确定小钢球经过的位置时，出现误差。
5.量取轨迹上各点的坐标时，出现误差。
六、注意事项
1．斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端_ _ _ _ ，将小钢球放在斜槽末端水平部分，若能使小钢球在_ _ _ _ _ _ _ _ 静止，斜槽末端就水平了。
【答案】水平； 任意位置
2．方木板固定：方木板必须处于竖直平面内，固定时要用_ _ _ _ _ _ 检查木板是否竖直。
【答案】重垂线
3.小钢球释放
（1）小钢球每次必须从斜槽上同一位置自由滚下。
（2）小钢球开始滚下的位置高度要适中，以使小钢球平抛运动的轨迹由白纸的左上角一直到达右下角为宜。
4．坐标原点：坐标原点不是斜槽末端在木板上的投影点，而是小钢球出槽口时_ _ _ _ 在木板上的投影点。
【答案】球心
5.初速度的计算：在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。
例1 （2025·河南鹤壁模拟）利用实验室的斜槽等器材研究平抛运动。每次都使小球从斜槽上同一位置滚下，要想得到小球在空中做平抛运动的轨迹就要设法用铅笔描出小球经过的位置（每次使用铅笔记下小球球心在木板上的水平投影点）。通过多次实验，把在竖直白纸上记录的小球的多个位置用平滑曲线连起来，就得到了小球做平抛运动的轨迹。
（1） 下面实验条件必须满足的是_ _ _ _ 。
A. 尽量减小球与斜槽间的摩擦
B. 使用密度小、体积大的塑料球
C. 实验时，让小球每次都从同一位置由静止开始滚下
D. 使斜槽末端保持水平
（2） 实验过程中，要建立直角坐标系，在下图中，坐标原点选择正确的是_ _ _ _ 。
A. B.
C. D.
（3） 若某同学只记录了小球运动途中的A、B、C三点的位置，如图，取A点为坐标原点，各点的位置坐标如图所示，小球平抛的初速度大小v0=_ _ _ _ m/s（重力加速度g取10m/s2，结果保留2位有效数字）。
【答案】（1） CD
（2） C
（3） 1.0
【解析】
（1） 根据动能定理，每次合外力做功相同，就会获得相同大小的速度，故小球与斜槽间摩擦力大小对实验没有影响，故A错误；使用密度小、体积大的塑料球，实验误差会增大，故B错误；实验中为保证速度大小恒定，则要求小球每次从斜槽上相同的位置无初速度释放，故C正确；小球离开斜槽后要做平抛运动，所以要求斜槽轨道末端水平，故D正确。
（2） 建立坐标系时，应以小球在斜槽末端时，球心在竖直面上的投影为坐标原点。故选C。
（3） 根据平抛运动规律知，在竖直方向Δy=gT2，可得T=Δyg=yBC−yBAg=0.1s，水平方向初速度大小为v0=xABT=10×10−20.1m/s=1.0m/s。
例2 （经典高考）某实验小组利用图甲所示装置验证小球平抛运动的特点。实验时，先将斜槽固定在贴有复写纸和白纸的木板边缘，调节槽口水平并使木板竖直；把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点O，建立xOy坐标系。然后从斜槽上固定的位置释放小球，小球落到挡板上并在白纸上留下印迹。上下调节挡板进行多次实验。实验结束后，测量各印迹中心点O1、O2、O3、…的坐标，并填入表格中，计算对应的x2值。
甲
（1） 根据表中数据，在图乙给出的坐标纸上补上O4数据点，并绘制“y−x2”图线。
乙
（2） 由y−x2图线可知，小球下落的高度y与水平距离的平方x2成_ _ _ _ （选填“线性”或“非线性”）关系，由此判断小球下落的轨迹是抛物线。
（3） 由y−x2图线求得斜率k，小球平抛运动的初速度表达式为v0=_ _ _ _ _ _ （用斜率k和重力加速度g表示）。
（4） 该实验得到的y−x2图线常不经过原点，可能的原因是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） 见解析
（2） 线性
（3） g2k
（4） 水平射出点未与O点重合
【解析】
（1） 根据题表数据在坐标纸上描出O4数据点，并绘制“y−x2”图线如图所示。
（2） 由y−x2图线为一条倾斜的直线可知，小球下落的高度y与水平距离的二次方x2成线性关系。
（3） 小球做平抛运动，水平方向有x=v0t，竖直方向有y=12gt2，联立可得y=12g(xv0)2=g2v02x2，可知y−x2图线的斜率为k=g2v02，解得小球平抛运动的初速度表达式为v0=g2k。
（4） y−x2图线是一条直线，但常不经过原点，这是因为小球的水平射出点未与坐标原点O重合，位于坐标原点O上方（或下方），导致实验中所测得的y值偏小（或偏大）。
探究点二 创新拓展实验
例3 （经典高考）某实验小组利用图甲所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上，在桌面上固定一个斜面，斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。
（1） 为了正确完成实验，以下做法必要的是_ _ _ _ 。
A. 实验时应保持桌面水平
B. 每次应使钢球从静止开始释放
C. 使斜面的底边ab与桌边重合
D. 选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
（2） 实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2m，在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的距离依次为15.0cm、25.0cm、35.0cm，示意图如图乙。重力加速度g=10m/s2，钢球平抛的初速度为_ _ _ _ m/s。
（3） 图甲装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
【答案】（1） AB
（2） 2
（3） 方便将木板调整到竖直平面
【解析】
（1） 钢球从桌面飞出，必须使钢球初速度沿水平方向，做平抛运动，故需要保持桌面水平，A项正确；钢球必须每次从同一位置由静止滚下，这样才能使每次做平抛运动的初速度相同，B项正确；斜面底边ab不可与桌边重合，若重合，钢球离开桌边的速度不沿水平方向，将不再做平抛运动，C项错误；钢球所受斜面的摩擦力大小对实验没有影响，只要保证每次钢球从桌边开始做初速度相同的平抛运动即可，D项错误。
（2） 设每次木板向远离桌子的方向移动的距离为x，相邻两落点的竖直间距差为Δy，间隔时间为T，则由匀加速直线运动规律有Δy=gT2，可得T=Δyg=0.1s，故初速度v0=xT=2m/s。
（3） 在实验中要保持木板处于竖直状态，悬挂铅垂线，便于将木板调整到竖直平面。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业24O1
O2
O3
O4
O5
O6
y/cm
2.95
6.52
9.27
13.20
16.61
19.90
x/cm
5.95
8.81
10.74
12.49
14.05
15.28
x2/cm2
35.4
77.6
115.3
156.0
197.4
233.5