5.3实验:探究平抛运动的特点
一、选择题
1.在学习了抛体运动的规律后,某同学做了一个小实验以探究物体的运动时间,即从同一高度以不同的速度水平抛出两个质量不同的石子,你认为他的结论是( )
A.初速度大的先落地 B.质量大的先落地
C.两个石子同时落地 D.无法判断
2.物体做平抛运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.路程不变
B.位移不变
C.水平方向速度不变
D.竖直方向速度不变
3.如图所示,水平匀速行驶的车厢底板上有一点O, P点在O点的正上方.一乘客将一物块从P点相对车厢静止释放,物块落在
A.O点 B.O点右方 C.O点左方 D.O点左方或右方都有可能
4.如图为研究平抛运动时使用的装置,初始时电路闭合,小球B被电磁铁吸引处于静止状态。将小球A从轨道顶端释放,离开轨道末端(末端切线水平)时撞开轻质接触式开关S,被电磁铁吸住的小球B同时自由下落,轨道末端出口与小球B处于同一高度,可看到A、B两球同时落地。下列说法正确的是( )
A.该实验可证明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动
B.该实验可证明平抛运动的水平分运动为匀速直线运动
C.将小球A在轨道上更低的位置释放,可使两球在空中相撞
D.增加装置距离地面的高度H,也一定不能使两球在空中相撞
5.关于物体的运动,以下说法正确的是( )
A.物体做平抛运动时,加速度改变
B.物体做匀速圆周运动时,加速度不变
C.物体做曲线运动时,加速度一定改变
D.物体做曲线运动时,加速度可能变也可能不变
6.如图所示,两同学站在悬崖边上,以相同的初速率从悬崖边抛出质量相同的甲、乙两球,甲球被竖直向上抛出,乙球被水平抛出,最终两球均落在悬崖下方的水面上。不计空气阻力。用、分别表示甲、乙两球运动的加速度,、分别表示甲、乙两球运动的时间。下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
7.探究平抛运动规律时使用的实验装置如图所示,开始时开关闭合,铁质小球B被电磁铁吸引而处于静止状态,将铜质小球A从轨道上一定高度处由静止释放,小球A离开轨道末端(末端切线水平)时撞开轻质接触式开关S,被电磁铁吸住的小球B同时自由下落,轨道末端出口与小球B的底端处于同一高度,可以看到A、B两小球同时落在水平地面上。下列说法正确的是( )
A.由该实验可知,平抛运动的水平分运动为匀速直线运动,竖直分运动为自由落体运动
B.将小球A和B的位置互换,同样可以达成该实验的探究目标
C.将小球A从轨道上更高的位置由静止释放,可能使两球在空中相撞
D.增加该装置距离地面的高度H,也一定不能使两球在空中相撞
8.在某次演习中,一架歼-16战斗机水平匀速飞行.从战斗机上每隔1 s释放1颗炸弹,先后共释放4颗,若不计空气阻力,从地面上观察4颗炸弹( )
A.在空中任何时刻总是排成抛物线,它们的落地点是等间距的
B.在空中任何时刻总是排成抛物线,它们的落地点是不等间距的
C.在空中任何时刻总在飞机正下方,排成竖直的直线,它们的落地点是等间距的
D.在空中任何时刻总在飞机正下方,排成竖直的直线,它们的落地点是不等间距的
9.下列关于平抛运动的说法正确的是( )
A.平抛运动是非匀变速运动
B.平抛运动是匀变速曲线运动
C.做平抛运动的物体,每秒内速率的变化相等
D.水平飞行的距离只与初速度大小有关
10.关于平抛运动下列说法不正确的是( )
A.平抛运动是变加速曲线运动 B.平抛运动是匀变速曲线运动
C.做平抛运动的物体,其加速度等于重力加速度 D.平抛运动的速度方向时刻在改变
11.关于运动的描述,正确的是( )
A.物体运动的越快,速度就越大,位移也一定越大
B.物体的速度变化越大,物体的加速度就一定越大
C.质量相同的物体速度的变化率越大,则它受到的合外力一定越大
D.物体做曲线运动,其所受的合外力一定是变力
12.2019年6月9日,中国组合郑赛赛/段莹莹历史性闯入法国网球公开赛女双决赛,获得亚军。如图所示为某次比赛郑赛赛在发球,如果将网球视为质点,发球后网球以初速度从时刻开始做平抛运动,经过时间,网球的速度大小为,下落的高度为,加速度大小为,忽略空气阻力,则下列图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
13.关于平抛运动,下列说法正确的是( )
A.因为平抛运动的轨迹是曲线,所以平抛运动不可能是匀变速运动
B.平抛运动瞬时速度的方向始终与重力方向垂直
C.平抛运动速度的大小与方向不断变化,因而在相等时间内其速度的变化量大小方向都不相等
D.平抛运动是加速度恒为g的匀变速曲线运动
14.一飞机沿水平方向匀速飞行,每隔相等的时间释一个重物,不计空气阻力,地面上的人看到重物在空中排列的情形是( )
A. B.
C. D.
15.下列说法正确的是
A.平抛运动的物体在任意相等的时间内速度的变化量大小相等,方向相同
B.木块放在水平桌面上要受到一个竖直向上的弹力,这个弹力由于木块发生微小的形变而产生的
C.用手将一个水桶竖直向上加速提起时,手提桶的力大于桶对手的力
D.物体受到的合外力的方向与物体加速度方向相同,与速度方向也一定相同
二、综合题
16.小球从离地5m高、离竖直墙4m远处,向墙水平抛出,不计空气阻力,要使小球不碰到墙,它的初速度必须小于__________m/s.(取g = 10m/s2)
17.在研究平抛运动物体的实验中,如左下图所示的演示实验中,A、B两球同时落地,说明 ,某同学设计了如右下图所示的实验:将两个斜滑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面的同一高度由静止同时释放,滑道2与光滑水平板吻接,则将观察到的现象是球1落到光滑水平板上并击中球2,这说明 .
18.在“研究平抛物体运动”的实验中,某同学用闪光照相的办法拍摄一小球做平抛运动的闪光照片的一部分,如图所示,图中背景方格的边长均为20cm,如果取g=10m/s2,那么:
(1)经判断,A点____抛出点;(填写“是”或“不是”)
(2)小球做平抛运动的初速度的大小是____m/s;
(3)从抛出到B点的时间___s,小球经过B点时的速度大小是___m/s。
19.如图所示,一个小球从高处以水平速度抛出,撞在倾角的斜面上的P点,已知,重力加速度大小取g=10。求
(1)P、C之间的距离;
(2)小球撞击P点时速度。
20.在研究平抛物体运动的实验中,用一张印有方格的纸记录运动的轨迹,如图所示,方格的边长L=2.5cm,a、b、c、d是轨迹中的四点,求:
(1)平抛运动的初速度;
(2)平抛运动抛出点的位置(g=10m/s2)。
21.如图所示,水平传送带水平段长L=6m,距地面高H=20m,与传送带等高的光滑水平台上在一小物块以v0=8m/s的初速度滑上传送带,物块与传送带间的动摩擦系数μ=0.5,取g=10m/s。设皮带轮匀速转动的速度为v',物体平抛运动的水平位移为s,以不同的v'值重复上述过程,得一组对应的v',s值.由于皮带轮的转动方向不同,皮带上部向右运动时用v'>0,皮带上部向左运动时用v'<0表示,在图中(b)中给出的坐标上正确画出s-v'的关系图线。
参考答案
1.C
【详解】
试题分析:平抛运动竖直分运动是自由落体运动,与物体的质量和初速度无关,故两个石子的竖直分运动完全相同,因而两个石子同时落地,故C正确,ABD错误.
故选C
2.C
【详解】
平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动,故水平方向速度不变,竖直方向速度增大,路程及位移均增大。
故选C。
3.A
【详解】
以地面为参考系,O点向右做匀速直线运动,在P点释放的物体向右做平抛运动,其水平分运动是匀速直线运动,故在水平方向,物体与O是相对静止的,故物块落在O点,故A正确,BCD错误;故选A.
4.A
【详解】
A.根据题述“可看到A、B两球同时落地”,说明该实验可证明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动,选项A正确;
B.该实验不可证明平抛运动的水平分运动为匀速直线运动,选项B错误;
C.将小球A在轨道上更低的位置释放,减小了平抛运动的初速度,不可能使两球在空中相撞,选项C错误;
D.增加装置距离地面的高度H,增加了小球自由落体运动的时间,可使两球在空中相撞,选项D错误。
故选A。
5.D
【详解】
A.物体做平抛运动时,加速度是重力加速度,一定不变,故A错误;
B.匀速圆周运动的向心力始终指向圆心,方向是时刻变化的,向心力的大小是不变的,所以向心加速度的大小也是不变的,但是方向在变化,所以加速度也就在变化,所以匀速圆周运动是变加速运动,故B错误;
C.物体做曲线运动时,加速度不一定改变,如平抛运动,故C错误;
D.物体做曲线运动时,加速度大小和方向可能变,比如变速圆周运动,也可能不变,比如平抛运动,故D正确。
故选D。
6.A
【详解】
甲乙均只在重力作用下运动,则加速度均为g,即
做竖直上抛运动的物体落到水面的速度为
因此竖直上抛的物体取向下为正
对平抛运动的物体竖直方向为
显然小于,因此
故选A。
7.C
【详解】
A.该实验通过观测到A、B两球总能够同时落地,从而得出平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,但无法判断平抛运动的水平分运动是匀速直线运动,故A错误;
B.由于小球A不能被电磁铁吸引,所以将小球A和B的位置互换,不能达成该实验的探究目标,故B错误;
CD.小球A离开轨道末端一瞬间,两小球在竖直方向上同时开始做自由落体运动,在任意时刻两小球高度相同,且A球还在水平方向上向右运动,即A球不断靠近B球,所以将小球A从轨道上更高的位置由静止释放,当A达到一定的水平初速度时,可能使两球在空中相撞,故C正确,D错误。
故选C。
8.C
【详解】
因为不计空气阻力,炸弹在水平方向将和飞机做相同的匀速运动,因而4颗炸弹在空中任何时刻总在飞机正下方,排成竖直的直线。因为飞机高度一定,物体做平抛运动的时间一定,水平速度相同,释放的时间间隔相同,所以它们的落地点是等间距的。
故选C。
9.B
【详解】
AB.平抛运动是一种理想化的运动模型,不考虑空气阻力,且只受重力的作用,加速度大小为g,方向竖直向下,所以平抛运动是匀变速曲线运动,A错误、B正确;
C.因为
Δv=g·Δt
所以做平抛运动的物体在相等的时间内速度的变化(包括大小和方向)相等,但每秒内速率的变化不相等,C错误;
D.据
h=gt2
得
t=
所以得
x=v0t=v0
由此可见,平抛运动的水平位移由初速度v0和竖直高度h共同决定,D错误。
故选B。
10.A
【详解】
AB.平抛运动的加速度不变,做匀变速曲线运动,故A错误B正确;
C.做平抛运动的物体只受重力,其加速度等于重力加速度g,故C正确;
D.平抛运动是曲线运动其速度方向时刻在变化,故D正确。
故选A。
11.C
【详解】
A.速度大,说明物体运动快,物体运动位移大小是物体运动的速度与时间乘积,不知道时间情况故不能得出该结论,A错误;
B.加速度是描述速度变化快慢的,速度变化大,所用时间长,加速度不一定大,B错误;
C.质量相同的物体速度的变化率越大,加速度就越大,根据牛顿第二定律,则它受到的合外力一定越大,C正确;
D.平抛运动就是只受重力作用下的曲线运动,重力是恒力,D错误。
故选C。
12.B
【详解】
A.网球做平抛运动,由动能定理可得
解得
其图像为一次函数图像,故A错误;
B.竖直方向作初速度为零的匀加速直线运动,则有
代入上式可得
其图像为一次函数图像,故B正确;
CD.由于平抛运动的加速度恒为重力加速度,故C、D错误。
故选B。
13.D
【详解】
A. 平抛运动是只在重力作用下的运动,所以平抛运动是匀变速运动,故A错误;
B. 平抛运动瞬时速度的方向不断变化,不可能始终与重力方向垂直,故B错误;
CD. 平抛运动是匀变速曲线运动,加速度是重力加速度,恒定不变,因而在相等时间内其速度的变化量大小方向都相同,故C错误,D正确。
故选D。
14.C
【详解】
重物离开飞机后做平抛运动,即水平方向做匀速直线运动,其水平初速度与飞机的水平飞行速度相等,竖直方向作自由落体运动,所以地面上的观察者看到这些重物在空中排列在一条直线上,由于在竖直方向作自由落体运动,初速度为0,所以竖直方向它们在连续相等的时间间隔内位移之比为,故ABD错误,C正确。
故选C。
15.A
【详解】
试题分析:平抛运动是加速度为g的匀变速曲线运动,根据公式可得物体在任意相等时间内的速度变化量相等,方向竖直向下,相同,故A正确;木块受到的支持力是由于桌面发生向下的形变,要向上恢复原状而产生的力,B正确;手提桶的力和桶对手的力是一对相互作用力,大小相等方向相反,C错误;根据牛顿第二定律可得物体受到的合力方向与加速度方向相同,但是不一定与速度方向相同,当物体做加速运动时,合力方向与速度方向同向,当物体做减速运动时,合力方向与速度方向反向,D错误;
16.4
【详解】
小球落地的时间;要使小球不碰到墙,它的初速度必须小于.
17.竖直方向自由落体 水平方向匀速直线运动
【详解】
A、B两球同时落地,说明两个球在竖直方向的运动是同一种运动,因此在竖直方向是自由落体运动
球1能够击中球2说明水平方向的速度是一样的,因此水平方向都做匀速直线运动
18.不是 3.0 0.4 5
【详解】
(1)[1]由平抛运动规律可知,小球在水平方向做匀速直线运动,由图可判断小球从A点到B点,B点到C点的水平位移相等,故可得小球从A点到B点,B点到C点时间相等。若起抛点为A点,则由平抛运动规律可知,小球在竖直方向上做初速度为0的匀加速直线运动,在连续相等的时间内所通过的位移之比应为,但从图中可得此时竖直方向位移之比为3:5,故A点不是起抛点;
(2)[2]设小球从A到B点的时间为t,由图知,小球在竖直方向上有
y=gt2
水平方向
y=2L=40cm=0.4m
x=3L=60cm=0.6m
代入解得
v0=3.0m/s,t=0.2s
(3)[3][4]设小球从起抛点到B点时间为,此时竖直方向速度为,由匀变速直线运动规律,则有
又 ,代入数据可求得,此时
19.(1);(2),方向垂直于斜面向下
【详解】
(1)设P、C之间的距离为L,根据平抛运动规律
联立解得
,
(2)小球撞击P点时的水平速度
竖直速度
小球撞击P点时速度的大小为
设小球的速度方向与水平方向的夹角为,则
,
方向垂直于斜面向下,所以小球垂直于斜面向下撞击P点。
20.(1)1m/s;(2)抛出点在a点的左方一格、上方格
【详解】
(1)在竖直方向:
Δy=L=gT2
在水平方向:
解得:
v0=1m/s
(2)在竖直方向:
又:
解得:
则有:
所以抛出点在a点的左方一格、上方格。
21.
【详解】
设物体一直做匀减速运动滑到皮带右端的速度为V1.
由运动学:,
又由,解得v1=2m/s.
由H=gt2,s=v1t 得出: 得S1=4m,即为物体平抛的最小位移.
(1)只要皮带向右的速度,或反向运动,物体在皮带上一直减速,均有S=4m.
(2)当皮带向右的速度很大,物体能在皮带上一直加速时,可获得最大速度V3,
,解得.即无论皮带向右的速度多大,物体从右端飞出的最大速度为m/s,
即当皮带向右的速度,物体落地的最大水平位移
(3)当皮带向右运动速度V时,物体减速或者加速至共速后匀速运动一段时间后平抛出去,平抛水平位移
则物体平抛的S-V'的关系图线如图所示.