第四章 第二十课时 探究平抛运动的特点 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-2027年高考物理一轮复习课件（含解析版讲义）

这是一份第四章 第二十课时 探究平抛运动的特点 探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系-2027年高考物理一轮复习课件（含解析版讲义），文件包含指对幂函数的图象与性质解析版pdf、指对幂函数的图象与性质学生版pdf等2份学案配套教学资源，其中学案共30页， 欢迎下载使用。
实验五：探究平抛运动的特点　实验六：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
1.知道平抛运动的轨迹是抛物线，能熟练操作器材，会在实验中描绘其轨迹并会通过轨迹计算物体的初速度。2.会用控制变量法探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系并会用图像法处理数据。
考点一　实验：探究平抛运动的特点
考点二　实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
实验：探究平抛运动的特点
(2024·河北卷·11(2))图甲为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图乙所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。
(1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度　　(填“相同”或“不同”)。
(2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。
(3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为　　 　　　　 m/s(当地重力加速度g为9.8 m/s2，保留2位有效数字)。
0.70(0.68、0.69、0.71、0.72均可)
(2025·江苏海安市检测)某实验小组利用频闪仪探究平抛运动的规律。如图甲所示，分别在该实验装置的正上方A处和右侧正前方B处各安装一个照相机，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，照亮运动的小球，于是胶片上记录了小球在几个闪光时刻的位置。得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点小球球心的位置，请分析下列问题：(1)下列关于实验器材的说法正确的是　。A.选择质量大、体积大的小球B.必须选择光滑的斜槽轨道C.斜槽轨道末端切线必须水平D.需选用秒表记录时间
(2)A处照相机所拍摄的频闪照片为乙图中的　　(选填“a”或“b”)。
(3)为确定频闪照片与实验中实际距离的比例，某同学先测量照片中球的直径为2.0 mm，再用游标卡尺测得小球直径，读数如图丙所示，小球直径d=　　　　 mm。
(4)该同学再对频闪照片b进行测量，照片中小球两相邻位置的距离几乎均匀增大约为1 mm，则可估算出频闪的频率约为　　。A.20 HzB.30 HzC.70 HzD.100 Hz
(5)某同学对两频闪照片a、b进行测量，记录小球的位置与O点的水平距离x，以及对应的与O点的竖直距离y，作出y-x2图像如图丁所示，则图像不过原点的可能原因是所标的O点在抛出点的小球圆心的　 方(选填“左”“右”“上”或“下”)。
探究平抛运动规律创新实验
实验：探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系
“探究向心力大小的表达式”的实验装置如图所示。小球放在挡板A、B或C处做圆周运动的轨道半径之比为1∶2∶1，小球与挡板挤压，弹簧测力套筒内的标尺可显示力的大小关系。
(1)本实验利用的物理方法为　　。A.理想实验法　 B.控制变量法　 C.等效替代法
(2)为了探究小球受到的向心力大小和角速度的关系，现将一铁球放在C处，对另一小球，以下做法正确的是　　。A.选用相同的铁球放在A处B.选用相同的铁球放在B处C.选用相同大小的铝球放在A处D.选用相同大小的铝球放在B处
(3)通过本实验可以得到的结果有　　。A.在半径和角速度一定的情况下，向心 力的大小与质量成正比B.在质量和半径一定的情况下，向心力 的大小与角速度成反比
C.在质量和半径一定的情况下，向心力的大小与角速度成正比D.在质量和角速度一定的情况下，向心力的大小与半径成反比
(4)当用两个质量相等的小球分别放在B、C处，匀速转动时发现右边标尺上露出的红白相间的等分格数为左边的2倍，左边塔轮与右边塔轮之间的角速度之比为　　　　。
(5)用此装置做实验有较大的误差，误差产生的主要原因是　　。A.匀速转动时的速度过大B.读数时标尺露出的红白相间的等分格 数不稳定
(2026·江苏苏州市检测)如图甲所示是某同学设计的验证向心力大小表达式的实验装置图。力传感器下端用一刚性细绳悬挂一质量为m的小球，小球下方固定一宽度为d的轻质遮光片，重力加速度为g。光电门置于小球正下方最低点处。实验步骤如下：
(1)当小球静止时，悬点与毫米刻度尺的零刻度线对齐，小球位置如图乙所示，则悬点到球心的距离L=________ cm；
(2)将小球拉升到一定高度(细绳始终伸直)后释放，用光电门记录小球第一次经过最低点时的遮光时间为Δt，则小球经过最低点的速度v=　 　(用题目中物理量符号表示)。用力传感器测得小球第一次通过最低点时细绳的拉力大
(3)图线与纵轴的截距为b，斜率为k；若满足b=　　，k=　　，则能验证向心力表达式成立；(选用m，d，g，L表示)
精练高频考点提升关键能力
1.(2023·浙江1月选考·16Ⅰ(2))“探究向心力大小的表达式”实验装置如图所示。(1)采用的实验方法是　　。A.控制变量法　　B.等效法　　C.模拟法
(2)在小球质量和转动半径相同的情况下，逐渐加速转动手柄到一定速度后保持匀速转动。此时左右标尺露出的红白相间等分标记的比值等于两小球的　　 　　　之比(选填“线速度大
小”“角速度平方”或“周期平方”)；在加速转动手柄过程中，左右标尺露出红白相间等分标记的比值　 　(选填“不变”“变大”或“变小”)。
2.(2024·江苏泰州市检测)在“研究平抛运动”实验中：(1)为描出钢球做平抛运动的轨迹，要将钢球在轨道上合适位置由静止释放，每次释放钢球的位置应　　 (选填“相同”或“不同”)。
(2)如图甲是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的　　。A.球心　　　　B.球的上端　　C.球的下端
(3)图乙是利用实验装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是　　。A.释放小球时初速度不为0B.释放小球的初始位置不同C.斜槽末端切线不水平
(4)图丙为钢球运动轨迹上的三个点，图中背景方格的边长均为5 cm，g取10 m/s2，可得钢球做平抛运动的初速度v0=　　　 m/s。
3.(2024·海南卷·14)水平圆盘上紧贴边缘放置一密度均匀的小圆柱体，如图(a)所示，图(b)为俯视图，测得圆盘直径D=42.02 cm，圆柱体质量m=30.0 g，圆盘绕过盘心O的竖直轴匀速转动，转动时小圆柱体相对圆盘静止。
为了研究小圆柱体做匀速圆周运动时所需要的向心力情况，某同学设计了如下实验步骤：(1)用秒表测圆盘转动10周所用的时间t=62.8 s，则圆盘转动的角速度ω=　　 rad/s(π取3.14)。
(2)用游标卡尺测量小圆柱体不同位置的直径，某次测量的示数如图(c)所示，该读数d=　　 mm，多次测量后，得到平均值恰好与d相等。
(3)写出小圆柱体所需向心力表达式F=　　 　 　(用D、m、ω、d表示)，其大小为　　　　 N(保留2位有效数字)。
4.(2023·浙江6月选考·16Ⅰ(1))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　　。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　　。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
5.(2025·江苏盐城市检测)某同学探究做圆周运动的物体所需向心力F与其质量m、转动半径r和转动角速度ω之间的关系。为了更精确探究F与ω的关系，采用如图
甲所示接有传感器的向心力实验装置来进行实验。力传感器可直接测量向心力的大小，水平直杆的一端放一滑块，另一端固定宽度为d的挡光条，且与竖直转轴的距离为D。(1)用游标卡尺测量挡光条的宽度如图乙所示，则d=　　 mm。
(2)某次旋转过程中挡光条经过光电门传感器，记录其挡光时间为Δt，则角速度ω=　　　(用所给及所求的物理量符号表示)，此时力传感器的示数为F。 
(3)在实验中，保持滑块质量不变，改变滑块做圆周运动的半径r，在同一坐标系中分别得到图丙中的①②③④⑤五条图线。请回答以下问题：
A：对图丙中的①数据处理，得到了F-x图像是一条过原点的直线，如图丁所示。则图像横坐标x代表的是　　　　。B：对图丙中5条图线进行分析研究可知图线　　(选填①、②、③、④、⑤)对应半径r最小，并得到F与r之间关系的结论，请你简要说明分析研究得到结论的方法：　　　　。
6.乔乔同学用平抛运动规律来测量木制小球从玩具轨道顶部滚落到水平底部时的速度。装置图如图甲所示，需要用到的器材有：新买的学习桌、配送的气泡水平仪、包装用的快递盒(瓦楞纸板)和刻度尺。实验步骤如下：(1)将桌子边缘与地板纹路平行，轨道底部与桌子边缘对齐。
(2)利用气泡水平仪将桌面调至水平。通过查阅说明书，乔乔知道气泡在水平仪中总保持在最高位置，当气泡处于参考线内时，安装面达到水平。将水平仪贴近桌子边缘，俯视图如图乙，右侧气泡不在参考线内，此时应该将　　　　　(填写“1号”“2号”“3号”或“4号”)两个桌脚适当垫高。
(3)把瓦楞纸板固定在架子上，调节好架子让瓦楞纸板正对轨道竖直固定在水平地面上；将小球沾上墨水，并记录小球在轨道开始下滑的位置为O点，静止释放小球，小球飞出后在瓦楞纸板留下痕迹。(4)将瓦楞纸板往远离桌子方向平行移动距离D(始终保持竖直)，并固定，　　　　　　　　　　　　(填写操作步骤)。重复操作此步骤，瓦楞纸板依次留下点迹A、B、C、D如图丙。
小球从O点由静止开始下滑
(5)用刻度尺测量AB、BC、CD之间的距离y1=16.87 cm、y2=28.97 cm、y3=41.07 cm，重力加速度g取10 m/s2，则相邻两次实验小球在空中运动的时间之差为T=　　　　(结果保留2位有效数字)。
(6)用刻度尺测量瓦楞纸板每次平行移动的距离D=12.0 cm，则小球从轨道底部水平飞出的速度v0=　　　 m/s(结果保留3位有效数字)。
(7)完成实验后，乔乔对实验进行评价反思，可能引起误差的原因有　　。A.未测量水平轨道底部离桌面高度B.瓦楞纸板厚度不可忽略C.小球下落过程中有空气阻力D.根据小球在瓦楞纸板上的痕迹，　通过圆心确定位置时存在误差