2027届高三物理一轮复习试题第4章第3讲实验5：探究平抛运动的特点（Word版含解析）

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(1)安装实验装置完毕,应调节斜槽,使得末端保持 。
(2)从小球甲、乙离开斜槽到落地前,同一时刻,小球甲距地面的高度 (选填“大于”“小于”或“等于”)小球乙距地面的高度。
(3)小球甲落地时的速度大小为 。
2.(10分)(2025湖南郴州模拟预测)小明为了探究平抛运动的特点,在家里就地取材设计了实验。如图甲所示,在高度约为1 m的水平桌面上用长木板做成一个斜面,使小球从斜面上某一位置滚下,滚过桌边后小球做平抛运动。重力加速度大小g取9.82 m/s2,2=1.414。
甲
乙
(1)实验中应满足的条件有 。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次将小球从同一位置释放即可,释放高度尽可能小一点
C.长木板与桌面的材料必须相同
D.小球可选用质量小的泡沫球,不用质量大的小钢球
(2)为了记录小球的落点痕迹,小明依次将白纸和复写纸固定在竖直墙壁上,再把桌子搬到墙壁附近,从斜面上某处无初速度释放小球,使其飞离桌面时的速度与墙壁垂直,小球与墙壁碰撞后在白纸上留下落点痕迹,改变桌子与墙壁间的距离(每次沿垂直于墙壁方向移动9.92 cm),重复实验,白纸上将留下一系列落点痕迹,挑选有4个连续落点痕迹的白纸,如图乙所示。根据测量的数据可求得,小球离开桌面时的速度大小为 m/s,小球打到B点时的速度大小为 m/s。(结果均保留3位有效数字)
3.(10分)(2025河南名校联考二模)某物理兴趣小组的同学想探究自来水管中水的流量,以便改进如何节约水资源,小组同学先用游标卡尺测量水管的内径如图甲所示,然后打开水龙头(水龙头处管口水平),测水在空中的运动轨迹如图乙所示,然后将轨迹简化为一条平滑曲线,小组同学以轨迹上的某点O为坐标原点建立如图丙所示的坐标系,重力加速度g取10 m/s2,取2=1.41。
甲
乙
丙
(1)用游标卡尺测量水管的内径,示数如图甲所示,则水管的内径d= mm。
(2)A点的速度大小为 (保留3位有效数字)。
(3)自来水水管的流量(流量为每秒流过的水的体积)为 (保留3位有效数字)。
4.(10分)(2026陕西宝鸡高三检测)某物理兴趣小组借助视频分析软件来研究平抛运动。甲同学将一个网球水平抛出,乙同学从侧面拍摄了一段网球运动的视频,在分析软件中将拍摄好的视频按照设定的时间间隔逐帧播放,那么每帧画面所对应的时间和位置信息也就确定下来了(如图1所示),以图片中第二帧的时刻为t=0时刻,并以此时球的位置为坐标原点建立水平和竖直坐标系,选定一旁1 m高的立柱作为比例尺,经测量和数据处理,他们得到了网球运动的相关图像,如图2、图3所示。由图中信息回答以下问题:
图1
图2 水平位移—时间图像
图3 竖直平均速度—时间图像
(1)网球水平抛出的速度大小为 m/s(保留2位有效数字),t=0时刻网球的速度为 m/s(用根号表示)。
(2)网球的加速度大小为 m/s2(结果保留2位有效数字)。
(3)若抛出网球时,速度略微向上倾斜,则(1)中所测得的初速度 (选填“大于”“小于”或“等于”)实际初速度。
5.(10分)(2025湖南邵阳三模)利用传感器和计算机可以方便地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盒装有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各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差,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,通过计算机可以给出A的坐标。试回答下列问题:
甲
乙
(1)为了使计算机描出的物体做平抛运动轨迹更加准确,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轴方向,竖直向下的方向为y轴方向,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25 Hz。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);该实验测得当地的重力加速度偏小,可能的原因是 。
答案：
1.答案 (1)水平 (2)等于 (3)g(L2+4H2)2H
解析 (1)小球做平抛运动,故应调节斜槽使得末端保持水平。
(2)小球甲做平抛运动,其竖直方向的分运动为自由落体运动,小球乙做自由落体运动,两小球离地的高度相同,同时释放两小球,则在落地前同一时刻,两小球在竖直方向的位移相同,故离地的高度相同,即小球甲距地面的高度等于小球乙距地面的高度。
(3)由题知,b点距地面的高度为H,小球甲做平抛运动,则在竖直方向有H=12gt2,解得t=2Hg,落地时竖直方向的速度为vy=gt=2gH,a、b两点间的距离为L,则在水平方向有L=v0t,解得v0=Lg2H,故小球甲落地时的速度大小为v=v02+vy2=g(L2+4H2)2H。
2.答案 (1)A (2)0.992 1.40
解析 (1)桌面需水平,小球才能做平抛运动,选项A正确;每次小球从同一位置无初速度释放,才能保证轨迹相同,释放高度适中,选项B错误;长木板与桌面的材料可以不相同,选项C错误;考虑空气阻力应选用质量大的小钢球,若选用质量小的泡沫球,则小球受到的空气阻力不能忽略,选项D错误。
(2)小球在竖直方向上做自由落体运动,有hBC-hAB=gT2,解得点迹间的时间间隔T=0.1 s,小球离开桌面的速度大小v0=xT=0.992 m/s,打到B点时的竖直速度大小vBy=ℎAC2T=0.992 m/s,水平速度大小vBx=v0=0.992 m/s,则小球打到B点时的速度大小vB=2×0.992 m/s=1.40 m/s。
3.答案 (1)42.40 (2)2.82 m/s (3)2.82×10-3 m3
解析 (1)由题图甲可知,游标卡尺为20分度,则精度为0.05 mm,则水管的内径d=42 mm+0.05×8 mm=42.40 mm。
(2)根据题图丙可知O到A、A到B时间间隔相同设为T,由Δy=(40-15-15)×10-2 m=gT2,解得T=0.1 s,因为12g(t1+T)2-12gt12=0.15 m,解得水流从水龙头到O点时间t1=0.1 s,故vAx=xT=0.20.1 m/s=2 m/s,vAy=g(T+t1)=2 m/s,解得vA=vAx2+vAy2=22 m/s=2.82 m/s。
(3)流量V=πd22·vAx=2.82×10-3 m3。
4.答案 (1)2.0 2345 (2)9.6 (3)小于
解析 (1)根据题意,由题图2可知,网球水平抛出的速度大小为v0=xt= m/s=2.0 m/s。根据题意,竖直方向上有y=vy0t+12gt2,则v=yt=vy0+12gt,结合题图3解析式可得,t=0时刻网球的竖直分速度为vy0=1.2 m/s,则t=0时刻网球的速度为v=v02+vy02=2345 m/s。
(2)由(1)分析得v=yt=vy0+12gt,结合题图3解析式可得12g=4.8 m/s2,解得g=9.6 m/s2。
(3)若抛出网球时,速度略微向上倾斜,则(1)中所测得的初速度为实际初速度的水平分速度,则所测得的初速度小于实际初速度。
5.答案 (1)B (2)BD (3)1.5 受空气阻力
解析 (1)为减小空气阻力对平抛运动的影响,物体应选择体积小、密度大的材质。钢球密度大、体积小,空气阻力相对重力可忽略,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;由平抛位移公式可得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;由速度偏角公式可得tan α=vyv0=gtv0,由位移偏角公式可得tan β=yx=gt2v0,对比可得tan α=2tan β=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25 Hz,时间间隔为T=0.04 s,水平方向为匀速直线运动,图中相邻两个时间间隔内的水平位移为0.12 m,则初速度v0=×2 m/s=1.5 m/s;该实验测得当地的重力加速度偏小,原因可能是物体受空气阻力,竖直方向加速度小于g。