2.3科学探究：平抛运动的特点 同步作业（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册
2.3科学探究：平抛运动的特点 同步作业（解析版）
1．如图甲是研究平抛运动的实验装置，图乙是小球做平抛运动的闪光照片。完成下列空格：
（1）在实验装置安装、调试过程中，斜槽轨道末端必须调整为___________状态；由于要描绘小球平抛运动轨迹，小球需要多次从轨道上释放，必须使得小球从斜槽上的___________位置开始下滑。
（2）乙图的闪光照片上总共记录了小球平抛运动过程中的七个位置，位置a～d之间的距离以及d~g之间的距离如下表所示，不计空气阻力
两位置之间距离 位置 位置
水平距离 0.5cm 0.5cm
竖直距离 1.5cm 2.5cm
（3）已知闪光周期为，根据表格中的数据与真实的实验数据相比，闪光照片比实际小球运动轨迹缩小了___________倍。
2．某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个最小方格的边长为1cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标出。
完成下列填空：（结果均保留2位有效数字）
（1）小球运动到图（b）中位置A时，其速度的水平分量大小为________，竖直分量大小为___________；
（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为_________。
3．在“探究平抛运动的特点”实验中，两个实验小组选用不同的仪器进行实验。
（1）第一组采用了图甲所示的装置，实验操作是：在小球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。
①他观察到的现象是：小球A、B_____________（填“同时”或“不同时”）落地；
②让A、B球恢复初始状态，高度不变，用较大的力敲击弹性金属片。则_______________；
A．小球A的运动时间变长
B．小球A的运动时间不变
C．小球A、B不同时落地
D．小球A、B仍同时落地
③上述实验现象___________。
A．不能说明小球A在水平方向的运动特点
B．说明小球A在水平方向做匀速直线运动
C．说明小球A与B在竖直方向运动特点相同
D．说明小球A在竖直方向做自由落体运动
（2）第二组采用了图乙所示的装置，实验操作是：让小球多次沿同一轨道运动，描绘出小球平抛运动的轨迹。
①下列操作正确的是_______________。
A．必须调整斜槽，使其末端水平
B．小球运动时挡板及白纸应保持竖直
C．每次必须从斜槽上同一位置由静止释放小球
D．小球在运动过程中与白纸间有摩擦不影响实验结论
②描出小球平抛运动的轨迹如图所示，O为抛出点，A、B为轨迹上的两点，、竖直方向高度分别为、，按照自由落体规律，若______________，则、段时间间隔相等；在误差允许的范围内，若_______________，则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。
4．为了研究平抛运动，某学习小组的同学设计了如图甲所示的实验装置进行探究。
（1）如图乙所示是实验得到的轨迹，从曲线上某点连续画三段等长的水平线段，再从每条线段的右端点对应作三条竖直线与曲线交于三点，相应得到三段在竖直方向的位移大小h1、h2、h3，则该三段位移大小应满足的关系是___________。
A．h3=3h2-3h1 B．h3=2h2-h1 C．2h2=h3+h1 D．h2=h3-h1
（2）为了验证做平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落。关于该实验，下列说法正确的有___________。
A．两球的质量应相等
B．两球应同时落地
C．应改变装置的高度，多次实验
D．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动
（3）如图丙所示是某次实验的高数码连拍照片，该相机每秒钟能拍摄20次，图中背景为边长l=0.049m的正方形，分析照片：小球平抛运动的初速度大小为___________m/s。（结果保留到小数点后两位）
5．在“探究平抛运动规律”的实验中，某同学进行了如下实验探究：
（1）如图所示是研究平抛物体运动的演示实验装置。实验时，先用弹簧片将球紧压在间并与球保持在同一水平面上，用小锤击打弹簧片，球被水平抛出，同时球自由下落。实验几次，无论打击力大或小，仪器距离地面高或低，我们听到、两球总是同时落地，这个实验___________。
A．说明、两球落地时的速度相同
B．说明、两球在水平方向运动是做匀速直线运动
C．说明平抛运动是自由落体和匀速直线运动的合运动
D．说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
（2）通过图中甲图的实验装置，在实验过程中每次释放小球的位置都相同，并在乙图的坐标纸上记录了小球经过的、、三点，已知坐标纸每小格的边长，则该小球做平抛运动的初速度大小为___________；点的竖直分速度大小为___________。（取）
6．（1）如图所示，在研究物体做平抛运动时，让小球A沿曲面轨道滚下，离开轨道末端时（末端水平，小球A离开轨道时和小球B在同一高度），撞开接触式开关S（开关对小球的作用力可忽略不计），被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。多次改变整个装置的高度H重复上述实验，发现A、B两球总是同时落地。该实验现象说明了A球在离开轨道后（_______）
A．水平方向的分运动是匀速直线运动
B．水平方向的分运动是匀加速直线运动
C．竖直方向的分运动是自由落体运动
D．竖直方向的分运动是匀速直线运动
（2）如题图所示，两个完全相同的圆弧轨道分别固定在竖直板上不同高度处，轨道的末端水平.在它们相同位置上各安装一个电磁铁，两个电磁铁由同一个开关控制，通电后，两电磁铁分别吸住相同小铁球A、B，断开开关，两个小球同时开始运动。离开圆弧轨道后，A球做平抛运动，B球进入一个光滑的水平轨道，则：B球进入水平轨道后将做__________运动；改变A轨道距离B轨道的高度，多次重复上述实验过程，总能观察到A球正好砸在B球上，由此现象可以得出的结论是___________。
7．某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动。质量分别为mA和mB的A、B小球处于同一高度，M为A球中心初始时在水平地面上的垂直投影。用小锤打击弹性金属片，使A球沿水平方向飞出，同时B球自由下落。A球落到地面N点处，B球落到地面P点处。测得mA=0.04 kg，mB=0.05 kg，B球距地面的高度是1.225 m，M、N两点间的距离为1.500 m，则B球落到P点的时间是___________ s，A球的初速度v0=___________ m/s。（忽略空气阻力，g取9.8 m/s2）
8．（1）在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉、铁架台、白纸之外，下列器材中还需要的是（______）
A．秒表 B．天平 C．重锤线 D．刻度尺
（2）如图是小球做平抛运动的闪光照片，测得图中每个小方格的边长都是，已知闪光时间间隔是，那么：
①在图中画出小球的运动轨迹______；
②判断出O点是否是抛出点；______（填“是”或“不是”）；
③重力加速度的计算公式为______，其值是______；
④小球的初速度的计算公式为______，其值是______。（③④中公式用含有L、T的公式表示，数值计算结果保留两位有效数字）
9．如图是“研究平抛物体运动”的实物装置图，通过描点画出平抛小球的运动轨迹：
（1）在做“研究平抛运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是_______；
A．重垂线B．秒表C．坐标纸D．天平E．弹簧测力计
（2）实验中，下列说法正确的是_______。
A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下
B．斜槽轨道必须光滑
C．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些
D．斜槽轨道末端可以不水平
（3）实验中记录了如图所示的一段轨迹ABC，已知小球是由原点O水平抛出的，C点的坐标为（60，45），则小球平抛的初速度v0=_______m/s（取g=10m/s2）。
10．图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。（）
(1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线_______，为了使每次平抛的初速度相同，需要进行的操作是：每次让小球___________。
(2)某同学通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图乙所示，每个格的边长，则该小球做平抛运动的初速度为_________m/s，抛出点坐标为__________。
(3)另一同学重新进行实验，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，如图丙所示，则此小球平抛的初速度v0=________m/s。
参考答案
1．水平 同一 10
【详解】
(1)[1][2]为了使小球做平抛运动，斜槽的末端水平，为了让小球多次重复同一平抛运动的轨迹，即平抛运动的初速度相同，则每次小球从同一位置由静止释放。
(3)[3]设把照片缩小了倍，根据
得
解得
2．1.0 2.0 9.7
【详解】
(1)[1]小球在水平方向做匀速直线运动，由图可知
△x=5cm=0.05m
则水平分速度
[2]竖直方向做自由落体运动，可运用匀变速直线运动规律求解，匀变速直线运动中间时刻速度等于全过程平均速度，若在A点时竖直分速度记为vy，则有
△h=vy 2△t
其中
△h=8.6cm+11.0cm=19.6cm=0.196m
解得
vy=2.0m/s
(3)[3]竖直方向的自由落体运动，由
△x=at2
可得加速度为
3．同时 BD ACD ABC 1∶3 1∶1
【详解】
(1) ①[1] 他观察到的现象是：小球A、B同时落地。
②[2] 让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球平抛运动的初速度增大，根据①可知，平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动，而自由落体运动的时间由下落的高度决定，可知，A球在空中运动的时间将不变。小球A、B仍同时落地。
故选BD。
③[3] 上述现象说明：平抛运动的时间与初速度大小无关，且可以证明平抛运动在竖直方向上做自由落体运动。不能说明小球A在水平方向的运动特点。
故选ACD。
(2) ①[4] A．通过调节使斜槽末端保持水平，是为了保证小球做平抛运动，故A正确；
B．小球在竖直面内做平抛运动，避免因摩擦而使运动轨迹改变，小球运动时不应与木板上的白纸相碰撞，故小球运动时挡板及白纸应保持竖直，故B正确．
C．因为要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故C正确；
D．小球在运动过程中与白纸间有摩擦影响平抛轨迹，对实验有影响，故D错误。
故选ABC。
②[5][6] O为抛出点，竖直方向自由落体运动， 、段时间间隔相等，按照自由落体规律，初速度为零匀加速，则1∶3；水平匀速运动，在误差允许的范围内，。
4．A BC 0.98
【详解】
（1）[1]平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，这三段水平位移相等，所以时间相等，在竖直方向上做自由落体运动，相邻的相等时间内的位移之差是个定值，则有
解得
故选A。
（2）[2]小锤打击弹性金属片后，A球做平抛运动，B球做自由落体运动。A球在竖直方向上的运动情况与B球相同，做自由落体运动，因此两球同时落地。实验时，需A、B两球从同一高度开始运动，对质量没有要求，但两球的初始高度及打击力度应该有变化，进行3~5次实验得出结论。本实验不能说明A球在水平方向上的运动性质。
故选BC。
（3）[3]照相机的拍摄频率为20Hz，所以相邻点间隔时间为0.05s，水平相邻的距离为l=0.049m，故初速度大小为
5．D 1.5 2.5
【详解】
（1）[1]无论打击力大或小，仪器距离地面高或低，我们听到A、两球总是同时落地，说明两个物体在竖直方向的运动是相同的，即这个实验说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，故选D；
（2）[2]A到B和B到C水平位移相等，则运动时间相等，设相等的时间间隔为T，在竖直方向上，根据
△y=2L=gT2
得
则平抛运动的初速度
[3]在竖直方向上，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度知，B点的竖直分速度
6．C 匀速直线 A球在水平方向的运动是匀速直线运动
【详解】
（1）[1] A球与B总是同时落地，说明A球竖直方向的分运动与B球的运动相同，B球做的是自由落体运动，所以A球竖直方向的分运动是自由落体运动。
故选C。
（2）[2] B球进入水平轨道后将做匀速直线
[3] 让两小球从相同的弧形轨道上相同高度滚下，从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度，小球A做平抛运动，小球B做匀速直线运动，改变A轨道的高度，多次重复上述实验过程，总能观察到A球正好砸在B球上，则说明小球A平抛运动水平方向是匀速直线运动。
7．0.5 3.0
【详解】
[1] B球落到P点的时间是,由
得
[2] A球的初速度
8．CD 是 9.7 0.49
【详解】
（1）[1]在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉、铁架台、白纸之外，下列器材中还需要重锤线，确保小球抛出是在竖直面内运动，还需要刻度尺，测量小球水平、竖直方向的位移大小。
故选CD；
（2）[2]平抛运动的轨迹为抛物线，则轨迹如图所示
[3]由图可知，相邻两点间的竖直距离之比为1：3：5，则O点为抛出点；
[4][5]平抛运动竖直方向上做自由落体运动，因此根据匀变速直线运动规律有
解得
代入数据解得
[6][7]水平方向匀速运动，因此有
3L=v0T
因此小球的初速度为
代入数据得
9．AC AC 2
【详解】
(1)[1]在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要重锤线，确保小球抛出是在竖直面内运动，还需要坐标纸，便于确定小球间的距离。故AC正确。
故选AC。
(2)[2] A．使小球从斜槽上同一位置滚下，才能保证每次的轨迹相同，故A正确；
B．斜槽没必要必须光滑，只要能使小球飞出的初速度相同即可，故B错误；
C．实验中记录的点越多，轨迹越精确，故C正确；
D．在实验中要画出平抛运动轨迹，必须确保小球做的是平抛运动．所以斜槽轨道末端一定要水平，故D错误。
故选AC。
(3)[3]小球做平抛运动，水平方
竖直方向
代入数据解得
10．水平 从同一位置由静止释放 1.5 (-0.05m，0.05m) 0.5
【详解】
(1)[1]平抛运动的初速度一定要水平，因此为了获得水平的初速度，安装斜槽轨道时要注意槽口末端要水平；
[2]为了保证小球每次平抛的轨迹都是相同的，要求小球平抛的初速度相同，因此在操作中要求每次小球能从同一位置静止释放。
(2)[3]由图可知，物体由A→B和由B→C所用的时间相等，且有
由图可知
代入解得
根据平抛运动
将
代入解得
[4]竖直方向做自由落体运动，根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度有
故从抛出到B点所用时间
从抛出到B点的水平位移为
从抛出到B点的竖直位移为
平抛运动的初位置坐标为
平抛运动的初位置坐标为 (-0.05m，0.05m)
(3)[5]根据平抛运动
解得，平抛运动的轨迹方程为
则y-x2图像的斜率为
解得