第四章　47.实验：探究平抛运动的特点---高中物理人教版（2019）高三 课后同步加练半小时 练习（解析版）

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(分值：15分)
1.(8分)(2025·浙江省强基联盟检测)一实验小组为研究“平抛运动及其特点”，进行了如下操作：
(1)(2分)如图甲，将小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。若观察到小球A、B同时落地，则能够说明 。
A.平抛运动的水平分运动是匀速直线运动
B.平抛运动的竖直分运动是自由落体运动
(2)(2分)用图乙所示方法记录小球平抛运动的轨迹，为了能较准确的描绘出小球的运动轨迹，下列实验要求中，正确的是 。
A.调节斜槽使其末端保持水平
B.每次释放小球的位置可以不同
C.每次释放小球的速度可以不同
D.斜槽轨道必须光滑
(3)(2分)实验数据记录和初步分析结果如图丙，A、B、C分别是小球平抛运动轨迹上的3个测量点，背景方格纸的边长均为5 cm，方格纸的竖直线与铅垂线平行。重力加速度g取10 m/s2，则小球运动中水平分速度的大小是 m/s(结果保留2位有效数字)。
(4)(2分)另一实验小组重新进行实验，以抛出点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，在轨迹上选取间距较大的几个点，确定其坐标，并在直角坐标系内绘出了y-x2图像如图丁所示，则此小球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)A (3)1.5 (4)0.50
解析 (1)题图甲的实验只能说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，故选B。
(2)通过调节使斜槽的末端保持水平，使小球离开轨道后做平抛运动，故A正确；每次释放小球的位置必须相同并由静止释放，保证小球做平抛运动的初速度相同，故B、C错误；斜槽轨道不必光滑，故D错误。
(3)在竖直方向上，根据逐差法可得Δy=5L-3L=gT2，代入数据，解得T=0.1 s
在水平方向上，平抛运动的初速度为v0=3LT=1.5 m/s。
(4)在水平方向上做匀速直线运动，则x=v0t，在竖直方向上做自由落体运动，则y=12gt2
整理可得y=g2v02·x2，所以，y-x2图线的斜率为k=g2v02= m-1，解得v0=0.50 m/s。
2.(7分)某同学用如图(a)所示装置探究向心力与角速度和运动半径的关系。装置中竖直转轴固定在电动机的转轴上(未画出)，光滑的水平直杆固定在竖直转轴上，能随竖直转轴一起转动。水平直杆的左端套上滑块P，用细线将滑块P与固定在竖直转轴上的力传感器连接，细线处于水平伸直状态，当滑块随水平直杆一起匀速转动时，细线拉力的大小可以通过传感器测得。水平直杆的右端最边缘安装了宽度为d的挡光条，挡光条到竖直转轴的距离为D，光电门可以测出挡光条经过光电门所用的时间(挡光时间)。滑块P与竖直转轴之间的距离可调。
(1)(2分)若某次实验中测得挡光条的挡光时间为t0，则电动机的角速度为 。
(2)(3分)若保持滑块P到竖直转轴中心的距离为L不变，仅多次改变竖直转轴转动的快慢，测得多组力传感器的示数F和挡光时间Δt。画出F-(1Δt)2图像，如图(b)所示。图线的斜率的为k，则滑块的质量为 。
(3)(2分)若保持竖直转轴转速不变，调节滑块P到竖直转轴中心的距离r，测得多组力F和r的数据，以F为纵轴，以 (填“r”“1r”或“1r2”)为横纵，将所测量的数据描绘在坐标系中，可以更直观地反映向心力大小与圆周运动半径r之间的关系。现测得挡光条的挡光时间为t1，则图线的斜率为 。
答案 (1)dDt0 (2)kD2Ld2 (3)r kLt12
解析 (1)由ω=vD，v=dt0，可得ω=dDt0。
(2)由题意可得
F=mω2L=m(dDΔt)2L=mL(dD)2(1Δt)2，
故mL(dD)2=k，因此滑块的质量m=kD2Ld2。
(3)由F=mω2r可知，当m、ω一定时，F∝r，所以以r为横轴，F-r图线的斜率为
k'=mω2=kD2Ld2(dDt1)2=kLt12。