2024年高考物理第一轮复习讲义：第四章 实验五　探究平抛运动的特点

1．两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验。

(1)甲同学采用如图甲所示的装置，用小锤击打弹性金属片，使A球沿水平方向弹出，同时B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_____________________________________

________________________________________________________________________。

(2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端可看作与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D；调节电磁铁C、D的高度使小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小球同时以相同的初速度v0分别从轨道M、N的末端射出，实验可观察到的现象应是________________。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明____________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)通过对照实验，说明两球运动具有等时性，由此说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。

(2)两球在水平轨道上相遇，水平方向运动情况相同，说明平抛运动的水平分运动是匀速直线运动。

答案：(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动

(2)P球击中Q球　平抛运动的水平分运动是匀速直线运动

2．在“探究平抛运动的特点”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下：

①让小钢球多次从________位置由静止滚下，记下小球运动途中经过的一系列位置。

②安装好器材，注意使斜槽末端水平和木板竖直，记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是____________________________

________________________________________________________________________。

③测出曲线上某点的坐标x、y，用v0＝________算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值。

④取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹。

(1)将实验步骤补充完整。

(2)上述实验步骤的合理顺序是________(只排列序号即可)。

解析：(1)①让小球多次从同一位置由静止滚下，目的是保证小球多次做平抛运动的初速度相等。②检测斜槽末端水平的方法是将小球放到斜槽末端任一位置均不动。③平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，水平方向有x＝v0t，竖直方向有y＝gt2，联立解得v0＝x。

(2)实验中应先组装器材，再进行实验，然后进行数据处理，则顺序为②①④③。

答案：(1)①同一　②将小球放到斜槽末端任一位置均不动　③x　(2)②①④③

3．某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图甲所示，A是一块水平木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0′、P1P1′……)，槽间距离均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板B上。实验时依次将B板竖直插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放。每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d。实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，O点为硬板B插入P0P0′时小球打下的痕迹点。以O为原点，水平和竖直方向为x、y轴方向，建立坐标系，如图乙所示。

(1)实验前应对斜轨道反复调节，直到______________，每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放，是为了保证小球每次做平抛运动的________相同；

(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了________________________________________

________________________________________________________________________；

(3)在图乙中绘出小球做平抛运动的轨迹。

解析：(1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜轨道末端切线水平，保证小球离开轨道后做平抛运动；初速度水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是为了保持小球水平抛出的初速度相同。

(2)平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，槽间距离均为d，每次将B板向内侧平移距离d，是为了保持记录纸上每两点之间的水平距离相同且记录物体在竖直方向的运动。

(3)用平滑曲线连点，如图所示。

答案：(1)斜轨道末端切线水平　初速度

(2)保持记录纸上每两点之间的水平距离相同且记录物体在竖直方向的运动　(3)图见解析

4．如图甲所示，AB是一可升降的竖直支架，支架顶端A处固定一弧形轨道，轨道末端水平。一条形木板的上端通过铰链接于过A的水平转轴上，下端搁在水平地面上。将一小球从弧形轨道某一位置由静止释放，小球落在木板上的某处，测出小球平抛运动的水平射程x和此时木板与水平面的夹角θ，并算出tan θ。改变支架AB的高度，将小球从同一位置释放，重复实验，得到多组x和tan θ，记录的数据如下表：

(1)在图乙的坐标中描点连线，作出x与tan θ的关系图像。

(2)根据xtan -θ图像可知小球做平抛运动的初速度v0＝________ m/s；实验中发现θ超过60°后，小球将不会掉落在斜面上，则斜面的长度为________ m。(重力加速度g取10 m/s2)

(3)实验中有一组数据出现明显错误，可能的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)x与tan θ的关系图像如图所示。

(2)根据tan θ＝，得t＝，

则水平射程为x＝v0t＝。

可知图线的斜率k＝，由图可知k＝＝0.2，

解得v0＝＝ m/s＝1.0 m/s。

当θ＝60°时，有t＝＝ s，

则斜面的长度为s＝＝ m≈0.69 m。

(3)实验中有一组数据出现明显错误，由图可知，水平射程偏小，由x＝v0t＝知，初速度偏小，即小球释放位置低于其他次实验。

答案：(1)图见解析

(2)1.0(0.96～1.04均可)　0.69(0.65～0.73均可)

(3)小球释放位置与其他次实验不同(低于其他次实验)