【高考物理】九大力学实验：实验5 探究平抛运动的特点（考点复习-练习）

这是一份【高考物理】九大力学实验：实验5 探究平抛运动的特点（考点复习-练习），共17页。试卷主要包含了 实验目的， 实验原理， 实验器材， 实验步骤， 数据处理， 注意事项与误差分析，3m，76等内容，欢迎下载使用。
====================实验讲解====================
1. 实验目的
（1） 描绘小球做平抛运动的运动轨迹。
（2） 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线。
（3） 计算平抛运动的初速度。
2. 实验原理
（1） 用描迹法逐点画出小球平抛运动的轨迹。
利用实验室的斜面小槽等器材安装成如图所示的装置。钢球从斜槽上滚下，通过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止释放，钢球每次在空中做平抛运动的轨迹就相同。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置，用平滑的曲线将各点连起来，从而得到钢球做平抛运动的轨迹。
（2） 建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y＝ax2（a是一个常量）的形式，则轨迹是一条抛物线。
（3） 测出轨迹上某点的坐标x、y，计算得出初速度v0。
3. 实验器材
末端水平的斜槽、复写纸、坐标纸、小球、刻度尺、重垂线、铅笔等。
4. 实验步骤
（1） 安装、调整竖直平板：将坐标纸放在复写纸下面，然后固定在竖直铁板上，并用悬挂在槽口的重垂线检查坐标纸上的竖直线是否竖直。
（2） 安装、调整斜槽：将固定有斜槽的木板放在实验桌上，用平衡法检查斜槽末端是否水平，也就是将小球放在斜槽末端直轨道上，小球若能静止在直轨道上的任意位置，则表明斜槽末端已调水平。
（3） 描绘运动轨迹：让小球在斜槽的某一固定位置由静止滚下，并从O点开始做平抛运动，小球在运动过程中压在复写纸上，会在坐标纸上留下点，取下坐标纸用平滑的曲线把这些点连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。
（4） 确定坐标原点及坐标轴：选定斜槽末端处小球球心所在的点为坐标原点O，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
5. 数据处理
（1） 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线
如图所示，在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…，把线段OA1的长度记为l，则OA2＝2l，OA3＝3l，由A1、A2、A3…向下作垂线，与轨迹交点分别记为M1、M2、M3…，若轨迹是一条抛物线，则各点的y坐标和x坐标之间应该满足关系式y＝ax2（a是待定常量），用刻度尺测量某点的x、y两个坐标值代入y＝ax2求出a，再测量其他几个点的x、y坐标值，代入y＝ax2，若在误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是一条抛物线。
（2） 计算平抛物体的初速度情景1：若原点O为抛出点，利用公式x＝v0t和y＝gt2即可求出多个初速度v0＝x，最后求出初速度的平均值，这就是做平抛运动的物体的初速度。
情景2：若原点O不是抛出点
①在轨迹曲线上取三点A、B、C，使xAB＝xBC＝x，如图所示。A到B与B到C的时间相等，设为T。
②用刻度尺分别测出yA、yB、yC，则有yAB＝yB－yA，yBC＝yC－yB。③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上两式得v0＝x。
6. 注意事项与误差分析
（1） 固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，以保证小球的初速度水平。否则小球运动就不是平抛运动了．
（2） 小球每次从槽中的同一位置由静止释放．这样可以确保每次小球抛出时速度相等。
（3） 要在斜轨上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。
（4） 计算小球的初速度时，应选距抛出点适当远一些的点为宜，以便于测量和计算。
（5） 坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点。
====================创新实验====================

====================典型考题====================一、考点一：探究平抛运动两个分运动的特点
1．在“探究小球做平抛运动的特点”的如图实验中：
(1)如图甲所示的实验中，观察到两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向做 ；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，滑道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明平抛运动在水平方向做 ；
(2)环保人员在一次检查时发现，有一根横截面为圆形的排污管正在向外满口排出大量污水。这根管道水平设置，管口离地面有一定的高度，如上图所示。现在，环保人员只有一把卷尺，请设计一种方法帮助环保人员大致估测该管道的排污量（即每秒排出污水的体积）。
二、考点二：平抛运动初速度和某点速度的计算
2．学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。
(1)小球a沿水平方向抛出，同时小球b自由落下，用频闪仪拍摄上述运动过程。图乙为某次实验的频闪照片，在误差允许的范围内，根据任意时刻a、b两小球的竖直高度相同，可判断小球a在竖直方向上做 运动；根据小球a相邻两位置水平距离相等， （填“能”或“不能”）判断小球a在水平方向做匀速直线运动。
(2)实验中拍摄到小球a做平抛运动的照片如图丙所示图丙中每小格的边长为5cm，并选定了小球a在运动过程中的A、B、C三个位置。取重力加速度大小。小球a做平抛运动的初速度大小为 m/s，通过B点时的速度大小为 m/s。（结果均保留两位有效数字）
三、考点三：利用水平移动挡板探究
3．(1)在做“研究平抛物体的运动”实验时，实验装置如图所示，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平整的木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于槽口附近处（木板平面与斜槽所在竖直平面垂直），使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A。将木板向远离槽口方向平移，每次平移的距离均为x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球分别撞在木板上得到痕迹B点、C点。若木板每次移动距离，测得A点、B点间距离，B点、C点间距离。取重力加速度。
（1）下列说法正确的是____________
A．该实验斜槽必须保证光滑
B．该实验需要测出小球质量
C．贴有复写纸和白纸的木板可以不用竖直
D．每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，以保证小球以相同的初速度平抛
(2)在平抛运动过程中，小球从A点运动到B点需要 s的时间。
(3)小球初速度的测量值为 m/s。
4．某同学利用平抛运动的知识测量弹簧枪射出弹丸的速度，选用的器材有贴有白纸的屏、刻度尺、复写纸、支架等。实验时将器材按如图1所示安装：用支架将弹簧枪固定好，接着弹簧枪向离枪一定距离的竖直屏发射弹丸，弹丸通过碰撞复写纸在白纸上留下落点位置。将竖直屏向远离弹簧枪方向移动，每次移动的距离均为0.3m。通过几次重复实验，挑了一张有4个连续落点痕迹的白纸（图2中A点为弹丸在竖直屏上打下的第一个点，每次发射时弹簧的压缩量相同），部分测量数据如图2所示。重力加速度g取。
(1)下列实验步骤必要的是______（填正确答案标号）。
A．在安装时，必须确保弹簧枪口水平放置
B．为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸
C．屏放置时不竖直不影响实验结果
D．第一次实验时，需要测量弹簧枪枪口到屏的距离
(2)根据测量的数据，可知弹丸离开弹簧枪的速度大小为 m/s，C、D点间的距离为 cm。
四、考点四：利用频闪法探究平抛运动的分运动特点
5．频闪摄影是研究物体运动的常用实验手段，在暗室里，照相机每隔一定时间曝一次光，在胶片上记录物体在闪光时刻的位置。如图甲，是某实验小组探究平抛运动规律的实验装置，分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处各安装一个频闪相机，调整相机快门，设定相机曝光时间间隔为0.1s。将小球从斜槽上某一位置自由释放，并启动相机，得到如图乙所示的频闪照片，O为抛出点，P为小球运动轨迹上的一个位置。通过测量和换算得知，图乙（a）中OP对应的实际距离为105cm，（b）中OP对应的实际距离为122cm。请回答下面问题：
(1)A处摄像头所拍摄的频闪照片为乙图中的 （选填“a”或“b”）；
(2)通过对频闪照片（a）的测量发现，（a）中小球相邻位置间距离几乎是等距的，则小球水平抛出的初速度 m/s（结果保留2位有效数字）；
(3)通过对频闪照片（b）的测量发现，（b）中小球相邻两位置间的距离几乎是均匀增大的，则当地重力加速度 （结果保留3位有效数字）；
(4)小球在P点的速度方向与水平方向间夹角的正切值为 （结果保留3位有效数字）。
五、考点五：利用斜面和弧面探究
6．在探究平抛运动规律实验中，利用一管口直径略大于小球直径的直管来确定平抛小球的落点及速度方向（只有当小球速度方向沿直管方向才能飞入管中），重力加速度为g。
(1)实验一：如图（a）所示，一倾角为θ的斜面AB，A点为斜面最低点，直管保持与斜面垂直，管口与斜面在同一平面内，平抛运动实验轨道抛出口位于A点正上方某处。为让小球能够落入直管，可以根据需要沿斜面移动直管。某次平抛运动中，直管移动至P点时小球恰好可以落入其中，测量出P点至A点距离为L，根据以上数据可以计算出此次平抛运动在空中飞行时间 ，初速度 。（用L、g、θ表示）
(2)实验二：如图（b）所示，一半径为R的四分之一圆弧面AB，圆心为O，OA竖直，直管保持沿圆弧面的半径方向，管口在圆弧面内，直管可以根据需要沿圆弧面移动。平抛运动实验轨道抛出口位于OA线上可以上下移动，抛出口至O点的距离为h。上下移动轨道，多次重复实验，记录每次实验抛出口至O点的距离，不断调节直管位置以及小球平抛初速度，让小球能够落入直管。为提高小球能够落入直管的成功率及实验的可操作性，可以按如下步骤进行：首先确定能够落入直管小球在圆弧面上的落点，当h确定时，理论上小球在圆弧面上的落点位置是 （填“确定”或“不确定”）的，再调节小球释放位置，让小球获得合适的平抛初速度平抛至该位置即可落入直管。满足上述条件的平抛运动初速度满足 （用h、R、g表示）。
六、考点六：利用手机传感器探究
7．某物理兴趣小组利用手机的声音传感器研究平抛运动。如图甲所示，将小球平放在台阶边缘，打开手机的“声音振幅”软件，用钢尺水平击打小球，发出声音，会记录下声音强度随时间变化的关系。
(1)某次实验记录到的声音强度d随时间t变化曲线如图乙所示，则小球从水平抛出到第一次碰撞台阶的时间为 （用图乙中的物理量符号表示）。经测量，小球平抛运动的水平位移为s，则抛出速度 ；
(2)改变击打力度，使小球以不同速度水平抛出，发现落在同一台阶上的小球运动时间相等。该现象最能支撑的结论是____________；
A．高度越大小球运动时间越长
B．水平速度大小不影响竖直方向的运动时间
C．小球在竖直方向上做自由落体运动
七、考点七：利用平抛轨迹折线探究
8．某学习小组利用频闪照相机、毫米刻度尺、量角器研究小球做平抛运动的规律，频闪照相机每隔时间T拍摄一张照片。
（1）为了尽可能减小空气阻力的影响，小球应选择 （填选项前的字母）；
A.实心金属球 B.空心塑料球 C.实心塑料球
（2）依次连续拍下三张小球照片并标记位置A、B、C；
（3）经测量，AB段的长度为，AB与竖直方向的夹角为，BC段的长度为，BC与竖直方向的夹角为；
（4）当地重力加速度为g，若在误差允许范围内满足 ，则说明小球在水平方向做匀速直线运动；若小球在竖直方向做加速度为g的匀加速直线运动，则T= ；小球在B点处速度与竖直方向夹角的正切值为 （用图中所给字母及角度的三角函数值表示）。
年份
试卷
分值
难度
2024
无
无
无
2023
北京卷
10分
★☆☆
浙江6月
7分
★★☆
2022
浙江1月
7分
★☆☆
福建卷
5分
★★☆
参考答案：
1．(1) 自由落体运动 匀速直线运动
(2)见解析
【详解】（1）[1]实验中，观察到两球同时落地，说明两球在竖直方向具有相同的运动，而A球做自由落体运动，所以说明平抛运动在竖直方向做自由落体运动；
[2]观察到球1落到水平板上并击中球2，说明两球在水平方向具有相同的运动，而球2在水平轨道做匀速直线运动，所以说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。
（2）用卷尺测量管道口的截面直径为，离地高度，污水的水平位移；水做平抛运动，水平方向上做匀速直线运动，竖直方向上做自由落体运动，由平抛运动规律有
，
联立解得
则该管道的排污量为
2．(1) 自由落体 能
(2) 1.5 2.5
【详解】（1）[1] 根据任意时刻a、b两小球的竖直高度相同，可知a、b两小球在竖直方向由相同的运动情况，可判断小球a在竖直方向上做自由落体运动；
[2]根据小球a相邻两位置水平距离相等，且所用时间相等，所以能判断小球a在水平方向做匀速直线运动。
（2）[1]竖直方向根据
可得
则小球a做平抛运动的初速度大小为
[2]通过B点时的竖直分速度大小为
则通过B点时的速度大小为
3．(1)D
(2)0.1
(3)0.8
【详解】（1）A．该实验斜槽的摩擦力对实验没有影响，斜槽没必要光滑，A错误；
B．该实验不需要测出小球质量，描绘小球的运动轨迹不需要测出小球的质量，B错误；
C．贴有复写纸和白纸的木板必须竖直，才能描绘出来平抛运动的轨迹，C错误；
D．每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，以保证小球以相同的初速度平抛，有相同的轨迹，D正确。
故选D。
（2）根据竖直方向匀变速直线运动得
解得
（3）小球初速度的测量值为
4．(1)AB
(2) 35
【详解】（1）A．要保证每次弹丸都做平抛运动，则必须确保弹簧枪口水平放置，故A正确；
B．为了减小实验误差，应选用体积小密度大的弹丸，故B正确；
C．屏放置时不竖直，只要水平方向位移没有变，竖直方向下落高度没有变，不会影响到不影响实验结果，但根据题意屏水平方向位移是变化的，要通过水平方向位移差和竖直方向位移差测量弹簧枪射出弹丸的速度是影响很大的，故C错误；
D．第一次实验时，已知屏每次水平移动的距离均为0.3m，再根据纸带知道下落的高度之差，不需要测量弹簧枪枪口到屏的距离，故D错误。
故选AB。
（2）[1]由竖直方向上是自由落体运动，得
解得点迹间的时间间隔为
弹丸离开弹簧枪的速度大小为
故填；
[2]由
解得
故填35。
5．(1)a
(2)2.1
(3)9.76
(4)2.32
【详解】（1）A处频闪仪记录每隔一定时间小球水平方向的位置，平抛运动水平方向不受力，做匀速直线运动，故图乙中，A处频闪仪器记录所拍摄的频闪照片为a。
（2）由平抛运动规律可得
（3）根据
解得
（4）P点竖直方向速度为
则小球在P点的速度方向与水平方向间夹角的正切值为
6．(1)
(2) 确定
【详解】（1）[1][2]由题意可知
解得
（2）[1]h一定时，设落点与O点连线与水平方向夹角为α，如图所示：
根据位移规律
由于直管沿半径方向，因此落点处速度方向的反向延长线必然经过O点；根据平抛运动的规律结合数学知识
联立解得
h一定，则用时一定，则竖直方向下落高度一定，则落点位置是确定的。
[2]由以上分析可知，竖直方向下落高度为
用时
根据几何关系
解得
7．(1)
(2)B
【详解】（1）[1]由图可知小球从被尺子击打水平抛出到第一次碰撞台阶的时间为
[2]小球水平方向做匀速直线运动，则抛出速度为
（2）小球做平抛运动，水平方向的分运动为匀速直线运动，竖直方向的分运动为自由落体运动，根据运动的独立性可知，竖直方向的运动时间与竖直方向的分运动有关，与水平方向的分运动无关，故该现象最能支撑的结论是水平速度大小不影响竖直方向的运动时间。
故选B。
8． A 或
【详解】（1）为了尽可能减小空气阻力的影响，小球应选择密度大，体积小的小球，故A正确。
故选A。
（4）[2]若小球在水平方向做匀速直线运动，应满足
则
[3]若小球在竖直方向做匀加速直线运动，那么在相邻相等的时间间隔内位移差满足
则
[4]小球下落到B点竖直方向的速度为
小球初速度为
所以小球在B点处速度与竖直方向夹角的正切值为
则
或