1.3探究平抛运动的特点 课时作业（Word版含解析）

2021-2022学年教科版（2019）必修第二册
1.3探究平抛运动的特点 课时作业（解析版）
1．用如图甲所示装置研究平抛运动，两相同的斜槽固定在同一竖直面内，它们的轨道末端水平，下方的斜槽末端与光滑水平轨道平滑连接。把两个相同小球，均从斜槽的顶端由静止同时释放，观察到两小球恰好在水平轨道相遇，这说明平抛运动在水平方向上的分运动是_______；
用如图乙所示的装置研究平抛运动时，小球2与斜槽末端在同一水平线上，将小球1从斜槽某处释放，当它到达斜槽末端时触发接收器，小球2被释放。观察到两小球恰好在小球2初位置的正下方相遇，这说明平抛运动在竖直方向上的分运动是_______。
2．在“探究平抛运动的特点”的实验中，可以描绘平抛运动轨迹和求物体做平抛运动的初速度。
（1）下列器材中必需的测量仪器是___________ 。
A．刻度尺B．秒表C．天平
（2）图中为什么斜槽底端要保持水平？答：___________。
（3）让小球多次从___________（选填“同一”或者“不同”）位置由静止滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置。取下白纸，以O为原点，以过O点的竖直线、水平线分别为y、x轴建立坐标系，以平滑曲线描出平抛轨迹。
（4）在探究平抛运动的特点时，下列说法中正确的是___________（填选项前的字母）。
A．应使用密度大、体积小的小球
B．必须测出平抛小球的质量
C．不需要使木板平面与小球下落的竖直平面平行
（5）若小球的水平初速度为v0，小球落到某点时水平位移为x，竖直位移为y，求小球在这一点的速度表达式v=___________。
3．某同学用图示装置研究平抛运动及其特点，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使球水平飞出，同时球被松开。
（1）他观察到的现象是：小球A、B______（填“同时”或“不同时”）落地：让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，球在空中运动的时间将______（填“变长”、“不变”或“变短”）；
（2）关于该实验，下列说法正确的有______。
A．所用两球的质量必须相等
B．只做一次实验发现两球同时落地，即可以得到实验结论
C．应改变装置的高度多次实验
D．本实验也能说明球在水平方向上做匀速直线运动
4．在《球形物体空气阻力大小与速率关系的研究》中以气球为实验对象，并保持同一气球的体积不变，探究球形物体在空气中运动时空气阻力的大小跟速率的定量关系。
如果气球下落时的空气阻力恰好等于重力，气球将做匀速运动。根据这个道理，可以测量气球所受空气阻力的大小。气球的速率可以用数码相机测量。在气球下落轨迹旁边固定一把刻度尺，用数码相机拍摄气球运动的视频，得到分帧照片，根据相邻照片气球的位置间隔可以判断气球是否在做匀速运动，由分帧照片的周期和气球位置在刻度尺上的具体读数就可以计算气球的速率，如图研-1，在气球的气嘴上绑定一根硬铁丝，下面悬吊一个重物，使气球下落时能大致保持竖直方向，以保证能用刻度尺测量到重物的位置。测出气球连同铁丝和重物所受的总重力G。之后，请一名同学在刻度尺的上方释放气球，另一名同学用数码相机在刻度尺前拍摄气球下落的视频，并得到分帧照片。在确认相邻两帧照片之间重物下落的距离基本相等的情况下，读出某帧照片上重物位置在刻度尺上的读数为l0（图研-1甲），再经过n帧照片后的读数为ln（图研-1乙），则可以得到相邻两帧照片之间重物下落位移的平均值为l＝ ___________。
把上述实验中气球和重物所受的总重力G和相邻两帧照片之间重物下落的位移l作为实验的第1组数据填在表格中。改变重物的质量，仍然用原气球重复实验，得到各组不同的G和l的数据，填在同一表格中。以气球所受空气阻力Ff为纵坐标轴，以气球匀速运动的速率v为横坐标,设相邻两帧照片时间间隔为T(单位为秒）请用描点法在Ff-v坐标系中描绘出Ff和v函数图像___________，认真观察分析图像，由此得出气球在空气中运动时所受空气阻力大小跟它运动的速率存在怎么样关系？______________________。
5．图甲是“研究平抛物体运动”的实验装置，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。
（1）在此实验中，下列说法正确的是________
A．斜槽轨道必须光滑
B．记录的点应适当多一些
C．为描出小球的运动轨迹描绘的点可以用折线连接
D．y轴的方向根据重垂线确定
（2）图乙是某同学通过实验对平抛运动进行研究，记录的抛物线轨迹的一部分。x轴沿水平方向，y轴是竖直方向，由图中所给的数据可求出：平抛物体的初速度是_______，小球从开始抛出到运动至B点过程中，小球重力的平均功率________W。（重力加速度、小球的质量）。
6．在研究平抛运动时，我们做了两点猜想：
①平抛的水平分运动是匀速直线运动；
②平抛的竖直分运动是自由落体运动。
为此，我们通过甲、乙实验进行探究，在图甲所示的演示实验中，我们观察到A、B两球同时落地，通过甲实验可以验证猜想_____ ； （选填“①”、“②”或“①②”）在图乙所示的实验中：将两个相同斜滑轨道固定在同一竖直面内，最下端水平。把两个质量相等的小钢球从斜轨道的同一位置由静止同时释放，滑道2与光滑水平板吻接，观察到的现象是球1落到光滑水平板上并击中球2。通过乙实验可以验证猜想_____。（选填“①”、“②”或“①②”）
7．利用如图甲所示装置研究平抛运动，将白纸和复写纸对其重叠，固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道MN滑下后从N点水平飞出，落在水平挡板PQ上。由于挡板靠近硬板的一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新在同一位置释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。（g=9.8m/s ）
（1）本实验中，除了木板、重锤线、小球、斜槽、铅笔、图钉、白纸、复写纸外，在图乙所提供的器材中还需要的是（___________）（选择一种图乙中的仪器，填写其下方所对应的字母）；
（2）某位同学通过正确的实验操作得到平抛运动的轨迹如图丙所示，坐标原点为抛出点。该同学在轨迹上选取A、B、C三点，标出了这三个点的位置坐标其中有一个点的位置纵坐标明显有误，这一点是_______点。根据轨迹图，可求出小球做平抛运动的初速度v0=_______m/s。
8．（1）下列实验中需要补偿阻力的是___________。
A．“探究小车速度随时间变化的规律”
B．“探究加速度与力、质量的关系”
C．“探究平抛运动的特点”
（2）小明同学做“探究小车速度随时间变化的规律”实验，闭合打点计时器电源开关前一瞬间的照片，不合理之处是___________。
（3）小红同学做了“探究加速度与力、质量的关系”实验。在得到的纸带上选7个计数点，并记录了各计数的位置（单位：），每个计数点间还有四个点，打点计时器的频率为50，则第4个计数点小车的速度___________，小车运动的加速度为___________，（保留2位有效数字）。
9．平抛运动的轨迹是曲线，比直线运动复杂。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动特点。
（1）如图1所示，用小锤打击弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球由静止自由下落，可观察到两小球同时落地；改变小球距地面的高度和打击的力度，多次实验，都能观察到两小球同时落地。根据实验，______（选填“能”或“不能”）判断出A球在竖直方向做自由落体运动；______（选填“能”或“不能”）判断出A球在水平方向做匀速直线运动。
（2）如图2所示，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PO滑下后从O点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
①为了保证钢球从O点飞出的初速度是一定的，下列实验条件必须满足的是______。
A．斜槽轨道光滑
B．斜槽轨道末段水平
C．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
②某同学通过实验，得到了钢球做平抛运动的轨迹，如图3中的曲线OP所示。以O点为坐标原点，水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立坐标系。已知小球在y方向的分运动是自由落体运动，他猜想小球在x方向的分运动是匀速直线运动。请你根据图3，简要说明如何验证该同学的猜想_________________。
③另一位同学做实验时，忘记了标记平抛运动的抛出点O，只记录了A、B、C三点，于是就取A点为坐标原点，建立了如图4所示的坐标系。平抛轨迹上的这三点坐标值图中已标出。根据图中数据判断，A点______（填“是”或“不是”）平抛运动的抛出点。小球平抛的初速度为_____m/s，小球抛出点的坐标为（____cm ，_____cm）。（取，计算结果均保留两位有效数字）。
10．小明用如图甲所示的装置“研究平抛运动及其特点”，他的实验操作是：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“先后”）落地；
(2)让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间_______（填“变长”“不变”或“变短”）；
(3)上述现象说明：平抛运动的竖直分运动是_______运动。
(4)然后小明用图乙所示方法记录平抛运动的轨迹，由于没有记录抛出点，如图丙所示，数据处理时选择A点为坐标原点（0，0），结合实验中重锤方向确定坐标系，丙图中小方格的边长均为0.05m，g取10m/s2，则小球运动中水平分速度的大小为_____m/s，小球经过B点时的速度大小为______m/s。
11．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）
12．小明用如图甲所示的装置“研究平抛运动及其特点”，他的实验操作是：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“先后”）落地；
(2)让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间______（填“变长”“不变”或“变短”）；
(3)上述现象说明：平抛运动的时间与_________大小无关，平抛运动的竖直分运动是_________运动；
(4)然后小明用图乙所示方法记录平抛运动的轨迹，由于没有记录抛出点，如图丙所示，数据处理时选择A点为坐标原点（0，0），结合试验中重锤方向确定坐标系，丙图中小方格的边长均为0.05m，g取10m/s2，则小球运动中水平分速度的大小为______m/s。
参考答案
1．匀速直线运动 自由落体运动
【详解】
[1]两小球恰好在水平轨道相遇，这说明两球在水平方向的运动相同，说明平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动；
[2]观察到两小球恰好在小球2初位置的正下方相遇，这说明两球在竖直方向的运动相同，即说明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。
2．A 因为平抛运动的初速度方向是沿水平方向 同一 A
【详解】
（1）[1]AB．探究平抛运动的实验中需要测量小球的速度，原则上需要获取小球运动位移和时间两项数据，但由于小球运动时间很短，用秒表测量其某一段运动的时间误差很大，不可取，所以我们需要根据小球运动的位移和运动学规律来间接获取速度数据，故刻度尺是必需的测量仪器，故A正确，B错误；
C.．本实验研究的是运动学规律，不是动力学规律，因此不用测量小球的质量，不需要天平，故C错误。
故选A。
（2）[2]因为平抛运动的初速度方向是沿水平方向。
（3）[3]为了使小球每次从斜槽底端抛出时的速度相等，需让小球多次从同一位置由静止滚下。
（4）[4]A．为了尽量减小小球运动过程中所受空气阻力的影响，应使用密度大、体积小的小球，故A正确；
B．本实验研究的是运动学规律，不是动力学规律，因此不用测量小球的质量，故B错误；
C．本实验中小球每次的运动轨迹相同，都在同一竖直平面内，所以需要使木板平面与小球下落的竖直平面平行，从而使所描绘的轨迹反映小球真实的运动，故C错误。
故选A。
（5）[5]小球运动到该点所用时间为
小球在该点的竖直分速度大小为
故小球在该点的速度表达式为
3．同时 不变 C
【详解】
（1）[1][2]他观察到的现象是：小球A、B同时落地：让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，球在空中运动的时间将不变；
（2）[3]A．所用两球的质量不一定必须相等，选项A错误；
B．要进行多次试验进行观察现象，最后才能得到实验结论，选项B错误；
C．应改变装置的高度多次实验，选项C正确；
D．本实验只能说明A球在竖直方向做自由落体运动，不能说明球在水平方向上做匀速直线运动，选项D错误。
故选C。
4．l ＝ 成正比
【详解】
(1)[1]重物下落的距离为
相邻两帧照片之间重物下落位移的平均值为
(2)[2]当气球匀速运动时有
匀速的速度为
所以重物的重力与相邻两两帧下落的距离的关系，即为Ff和v函数图像，如图
(3)[3]由图可知，气球在空气中运动时所受空气阻力大小跟它运动的速率成正比。
5．BD 4 2
【详解】
（1）[1] A．在“研究平抛物体运动”的实验中，由于每次在斜槽轨道上运动情况相同，因此斜槽是否光滑与试验结果无关，A错误；
B．记录的点应适当多一些，可以将运动轨迹画的更准确，B正确；
C．小球的运动轨迹必须用平滑的曲线连接，C错误；
D．利用重锤线来确定y轴的方向，D正确
故选BD。
（2）[2]由于水平方向间隔相等，因此记录的时间间隔相等，竖直方向上，根据
可得
时间间隔
由于水平方向做匀速运动，因此
可得平抛初速度
[3]B点的竖直速度为AC段竖直方向的平均速度
因此小球重力的平均功率
6．② ①
【详解】
[1]为此，我们通过甲、乙实验进行探究，在图甲所示的演示实验中，我们观察到A、B两球同时落地，表明两个小球在竖直方向上做相同的运动，而A球做自由落体运动，所以B球在竖直方向上也做自由运动，通过甲实验可以验证猜想②。
[2]将两个相同斜滑轨道固定在同一竖直面内，最下端水平。把两个质量相等的小钢球从斜轨道的同一位置由静止同时释放，滑道2与光滑水平板吻接，观察到的现象是球1落到光滑水平板上并击中球2。表明两个小球在水平方向上做相同的运动，而小球2做匀速直线运动，所以小球1在水平方向上也做匀速直线运动，通过乙实验可以验证猜想①。
7．C C
【详解】
（1）[1] 在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、重锤线、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标纸之外，下列器材中还需要刻度尺，便于测量水平位移和竖直位移。
故选C。
（2）[2] A、B、C三点之间水平位移相等，知时间间隔相等，竖直方向上做自由落体运动，三点的纵坐标之比为1：4：9，可知C点的纵坐标为44.1cm。
[3] 根据
解得
则平抛运动的初速度为
8．B 小车离打点计时器过远
【详解】
(1)[1]A．探究小车速度随时间变化的规律的实验中，只要能通过纸带测出小车的加速度即可，是否有受到阻力及阻力大小无关，A错误；
B．探究加速度与力、质量的关系实验中，为了方便测量合力，需先平衡摩擦力，B正确；
C．探究平抛运动的特点实验中，只需每次从同一位置静止释放小球，则小球每次抛出时速度大小相同，C错误。
故选B。
(2)[2]闭合打点计时器电源开关前一瞬间的照片，不合理之处是小车离打点计时器过远。
(3)[3]由题意可知，两计数点间时间间隔为T=0.1s，第4个计数点小车的速度
[4]由逐差法可得，小车运动的加速度为
9．能 不能 BC 如图所示，在曲线OP上取A、B、C、D四点，这四个点对应的坐标分别，、、，使，若，则说明钢球在x方向的分运动为匀速直线运动。 不是 1.5 -30 -20
【详解】
解；（1）[1]本实验中A球做平抛运动，B球做自由落体运动，每次实验两球都同时落地，说明A球在竖直方向的分运动是自由落体运动，因此能确定A球在竖直方向做自由落体运动。
[2]本实验中，只能确定两球同时落地，即下落时间相同，可水平方向的位移情况不清楚，所以不能确定A球在水平方向是匀速直线运动。
（2）①[3]A．斜槽轨道光滑与粗糙都可以，A错误；
B．为了使小球从O点飞出做平抛运动，斜槽轨道末端水平，B正确；
C．为使小球从O点飞出时速度不变，需要每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球，C正确。
故选BC。
②[4] 如图所示，
在曲线OP上取A、B、C、D四个点，这四个点对应的坐标分别，、、，使
若
则说明钢球在x方向的分运动为匀速直线运动。
③[5]由平抛运动的特点可知，竖直方向是自由落体运动，如果A点是抛出点，则在y轴方向的坐标值有
y1:y2=1:4
由图4数据可得
y1:y2=3:8
由此确定A点不是抛出点。
[6]由公式 y=gT2，可得
小球平抛运动的初速度是
[7]由以上计算可知，抛出点的x轴坐标是 30cm。
[8]竖直方向是自由落体运动，由以上计算可知 y=0.4m，因此抛出点在y轴上的坐标是 20cm。
10．同时 不变 自由落体 1.5m/s 2.5m/s
【详解】
(1)[1]因A做平抛运动，B作自由落体运动，平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动，故AB同时落地。
(2)[2]用较大的力敲击弹性金属片，将使得A球的水平初速度变大，但平抛运动的高度仍然不变，由可知，A球在空中运动的时间不变。
(3)由上面的实验可知，A、B两球同时落地，可以平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。
(4)[4]小球竖直方向是匀变速直线运动，由可知，它们的时间间隔为
小球在水平方向是匀速直线运动，由题图可知，水平初速度为
[5]小球经过B点时竖直方向的速度为
故小球经过B点时的速度为
11．0.5 3.0
【详解】
[1] B球落到P点的时间是,由
得
[2] A球的初速度
12．同时 不变 初速度 自由落体 1.5
【详解】
(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球在空中运动的时间不变；
(3)[3][4]上述现象说明：平抛运动的时间与初速度大小无关，平抛运动的竖直分运动是自由运动；
(4)[5]根据得
解得
小球运动中水平分速度的大小为