高中物理人教版 (新课标)必修23.实验：研究平抛运动…学案及答案

课时5.3 （实验）研究平抛运动

一、选择题

1．用描迹法探究平抛运动的规律时，应选用下列各组器材中的（　　）

A．铁架台，方木板，斜槽和小球，秒表，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片

B．铁架台，方木板，斜槽和小球，天平和秒表，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片

C．铁架台，方木板，斜槽和小球，千分尺和秒表，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片

D．铁架台，方木板，斜槽和小球，米尺和三角尺，重锤和细线，白纸和图钉，带孔卡片

【答案】D

【解析】用描迹法探究平抛运动的规律时，必须在竖直面内建立水平和竖直两个方向的直角坐标系，以确定物体在不同位置时的坐标，然后根据物体在竖直方向位移跟时间的关系，确定在竖直方向上的运动情况，要达到这一目的，除了描绘平抛物体的运动轨迹外，还必须用重锤线确定竖直方向。本实验无需知道小球的质量和运动时间，故应选用D项所列器材。

2．如图所示，A、B两小球从相同高度同时水平抛出，经过时间t在空中相遇，若两球的抛出速度都变为原来的2倍，则两球从抛出到相遇经过的时间为（　　）

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】设第一次抛出时A球的速度为v1，B球的速度为v2，则A、B间的水平距离

第二次抛出时两球的速度为第一次的2倍，但两球间的水平距离不变，则

联立解得

故选C。

3．做平抛运动的物体，每秒速度的增量总是（    ）

A．大小相等，方向相同 B．大小不等，方向不同

C．大小相等，方向不同 D．大小不等，方向相同

【答案】A

【解析】平抛运动的加速度不变，为g．根据，知每秒速度增量大小相等，方向竖直向下，与加速度的方向相同，所以每秒速度的增量总是大小相等，方向相同，故A正确．

4．在做“研究平抛物体的运动”的实验中，在调整斜槽时，必须使斜槽末端切线方向水平。这样做的目的是（　　）

A．为了使小球初速度大小每次相同

B．为了使小球飞出时，初速度方向水平

C．为了使小球运动轨迹是抛物线

D．为了使小球在空中运动的时间每次都相等

【答案】B

【解析】在做“研究平抛物体的运动”的实验中，在调整斜槽时，必须使斜槽末端切线方向水平。这样做的目的是为了保证小球做平抛运动，即使小球飞出时，初速度方向水平，B正确ACD错误。

故选B。

5．在做“研究平抛物体的运动”实验中，为测量物体做平抛运动的初速度，需要测量的物理量有（    ）

A．小球的质量

B．小球的释放点到斜槽末端的竖直高度

C．运动轨迹上某点到原点的距离

D．运动轨迹上某点到原点的水平距离和竖直距离

【答案】D

【解析】根据

x=vt

可得

则为测量物体做平抛运动的初速度，需要测量运动轨迹上某点到原点的水平距离x和竖直距离y；

故选D。

6．如图所示，在研究平抛运动时，小球 A 沿轨道滑下，离开轨道末端（末端水平）时撞开接触开关 S ，被电磁铁吸住的小球 B 同时自由下落．改变整个装置的高度 H 做同样的实验，发现位于同一高度的 A 、 B 两个小球总是同时落地．该实验现象说明了 A 球在离开轨道后（    ）

A．竖直方向的分运动是自由落体运动

B．水平方向的分运动是匀加速直线运动

C．水平方向的分运动是匀速直线运动

D．竖直方向的分运动是匀速直线运动

【答案】A

【解析】改变整个装置的高度 H 做同样的实验，发现位于同一高度的 A 、 B 两个小球总是同时落地，说明两小球在竖直方向为自由落体运动．故该实验现象说明了 A 球在离开轨道后竖直方向的分运动是自由落体运动，故A正确，BCD错误．故选A

7．如图所示，在探究平抛运动规律的实验中，用小锤打击弹性金厲片，金属片把p球沿水平方向弹出，同时Q球被松开而自由下落，P、Q两球同时开始运动（　　）

A．此实验为了说明平抛运动在水平方向上做的是匀速直线运动

B．此实验为了说明平抛运动在竖直方向上做的是自由落体运动

C．如果加大打击力度，P球落地时间将延长

D．如果调整装置距地面的高度，它们就不会同时落地

【答案】B

【解析】

根据装置图可知，两球由相同高度同时运动，P做平抛运动，Q做自由落体运动，同时落地，说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动，故A错误，B正确；小锤打击金属片的力越大，P球获得的水平方向初速度越大，但竖直方向运动不变，所以落地时间不变，故C错误；无论如何调节装置距地面的高度，两球在竖直方向运动情况完全相同，都是自由落体运动，总是同时落地，故D错误．故选B．

8．在“研究平抛物体的运动”实验时，下列因素中会使该实验的误差增大的是（　　）

A．球与斜槽间有摩擦

B．安装斜槽时其末端水平

C．建立坐标系时，x轴、y轴正交，但y轴不够竖直

D．根据曲线计算平抛运动初速度时，曲线上取作计算的点离原点O较远

【答案】C

【解析】A、小球与斜面间有摩擦不影响实验的测量，故A错误；

B、安装斜糟时其末端切线不水平，小球不能做平抛运动，影响实验的测量，故B不正确；

C、建立坐标时，x轴、y轴正交，但y轴不够竖直，将会影响长度的测量，故C正确；

D、根据曲线计算平抛运动的初速度时，在曲线上取作计算的点离原点O较远可以减小测量的误差，故D错误；

故选：C

9．要探究平抛运动的物体在水平方向上的运动规律，可采用（　　）

A．从抛出点开始等分水平位移，看相应时间间隔内的竖直位移之比是否为1：4：9：16…

B．从抛出点开始等分水平位移，看相应时间间隔内的竖直位移之比是否为1：3：5：7…

C．从抛出点开始等分竖直位移，看相应时间间隔内的水平位移之比是否为1：3：5：7…

D．从抛出点开始等分竖直位移，看相应时间间隔内的水平位移之比是否为1：1：1：1…

【答案】B

【解析】AB、物体做平抛运动，竖直方向则有， 水平方向， 若从抛出点开始等分水平位移，看相应时间间隔内的竖直位移之比是否为1：3：5：7….故A错误，B正确；

CD、同理，若从抛出点开始等分竖直位移，根据位移与时间公式， 可知，它们的时间之比为，相应时间间隔内的水平位移之比为，故CD错误；

故选：B。

10.如图为用频闪摄影方法拍摄的小球作平抛运动的照片，小球在运动过程中的几个位置如图中的a、b、c、d所示.下列说法正确的是（　　）

A．若已知小方格的边长，可求得平抛的初速度

B．若已知小方格的边长，可求得频闪周期

C．若已知小方格的边长和当地的重力加速度，可求得a、b、c、d任一点的速度

D．若已知小方格的边长和频闪周期，不可以求得当地的重力加速度

【答案】C

【解析】竖直方向上相等时间的位移之差，根据得，相等的时间间隔 ，而水平方向，因此必须知道小方格的边长与当地的重力加速度，即可求解初速度大小；

再根据，求得中时刻竖直方向的速度，最后由速度的合成，即可求解该点的瞬时速度，从而利用速度与时间关系，进而求得其它点的速度，故C正确，ABD错误；

故选C。

二、实验探究题

11．在做“研究平抛物体的运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻在空中所通过的位置，实验时用了如图所示的装置。

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白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上，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；将木板向远离槽口平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上得到痕迹B；又将木板再向远离槽口平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，再得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x＝10.00cm，A、B间距离y1＝5.02cm，B、C间距离y2＝14.82cm。请回答以下问题g＝9.8m/s2

(1)根据以上直接测量的物理量来求得小球初速度的表达式为v0＝________。用题中所给字母表示。

(2)小球初速度的值为v0＝________m/s。

【答案】x    1.00m/s   

【解析】(1)[1]由于每次移动距离x＝10.00cm，所以小球从打A点到打B点与从打B点到打C点的时间相同，设此时间为t。由于

y2－y1＝gt2

且y1＝5.02cm，y2＝14.82cm，g＝9.8m/s2，所以水平方向上

x=v0t

联立可得

(2)[2]根据

代入数据可得小球初速度

v0=x=1.00m/s

12．利用实验室的斜面小槽等器材研究平抛运动．每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下，要想得到钢球在空中做平抛运动的轨迹就得设法用铅笔描出小球经过的位置(每次使用铅笔记下小球球心在木板上的水平投影点O)．通过多次实验，把在竖直白纸上记录的钢球的多个位置，用平滑曲线连起来就得到了钢球做平抛运动的轨迹．

（1）实验过程中，要建立直角坐标系，在下图中，建系坐标原点选择正确的是__________

（2）甲、乙、丙、丁四位同学分别建立（1）中A、B、C、D四种坐标系，在描出的平抛运动轨迹图上任取一点（x，y），运用公式可求得小球的初速度，这样测得的平抛初速度值与真实值相比，甲同学的结果_______，丙同学的结果_______．（填“偏大”、 “偏小”或“准确”)

【答案】C    偏大    准确   

【解析】(1)坐标原点为小球在斜槽末端时，小球球心在木板上的投影，故C正确，ABD错误；

(2)由公式，得：

以(1)题中A图建立坐标系，甲同学竖直方向位移测量值偏小，水平位移x测量准确，则初速度测量值偏大，

由于丙同学所选用的即为正确的坐标，所以丙同学的结果准确．

13．三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验：

(1)甲同学采用如图甲所示的装置．用小锤击打弹性金属片，金属片把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，改变小锤打击的力度，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AC＝BD，从而保证小铁球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，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道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________________．

(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中每个小方格的边长为L＝2.5 cm，则由图可求得拍摄时每__________ s曝光一次，该小球做平抛运动的初速度大小为__________ m/s.(g取10 m/s2)

【答案】平抛运动的竖直分运动是自由落体运动    两球P、Q将相碰    平抛运动的水平分运动是匀速直线运动    0.05    1.0   

【解析】（1）金属片把A球沿水品方向弹出，同时B球被松开自由下落，两球同时落地，改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，知A球竖直方向上的运动规律与B球相同，即平抛运动的竖直分运动是自由落体运动．
（2）两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出．实验可观察到两球将相碰，知P球水平方向上的运动规律与Q球相同，即平抛运动在水平方向上做匀速直线运动.

（3）因为小球在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动．根据△y=gT2，即L=gT 2，解得：，又因为2L=v0T，解得：v0=1.0m/s。

14．某物理实验小组采用如图所示的装置研究平抛运动。

(1)某同学每次都将小球从斜槽的同一位置由静止释放，并从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹。该同学设想小球先后三次做平抛运动，将水平挡板依次放在图中1、2、3的位置，且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中小球从抛出点到落点的水平位移依次为、、，忽略空气阻力的影响，则下面分析正确的是__________（填选项前的字母）。

A．    B．

C．    D．

(2)另一同学通过正确的实验步骤及操作，在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动轨迹。部分运动轨迹如图所示，图中小格在水平方向与竖直方向的长度均为L，、和是轨迹上的3个点，和之间、和之间的水平距离相等，重力加速度为g，可求出小球从运动到所用的时间为____________，小球抛出时的水平速度为___________。

【答案】C           

【解析】(1)[1]．1与2的间距等于2与3的间距，在竖直方向上做自由落体运动，可知1到2的时间大于2到3的时间，根据水平方向上做匀速直线运动，可知，故选项C正确。

(2)[2][3]．在竖直方向上，据

可知

求出小球从运动到的时间

在水平方向上小球的速度

。