第4章　曲线运动 第3讲　实验5：探究平抛运动的特点--2027全国版高考物理第一轮(含答案)

2027全国版高考物理第一轮
第3讲　实验5:探究平抛运动的特点
1.(10分)(2025河北保定二模)某同学用电磁实验装置来研究平抛运动和测量平抛运动的初速度大小。如图所示,将小球甲从斜槽上某一点P由静止释放,小球甲离开斜槽末端a点时撞开接触式开关(时间极短),小球甲从a点飞出的同时,被电磁铁吸住的小球乙从b点由静止下落,小球甲、乙均视为质点,a、b两点在同一水平面上,改变甲释放点P的位置,直至甲、乙在地面相遇,用刻度尺测得b点距地面的高度为H,a、b两点间的距离为L,重力加速度大小为g,不计空气阻力。回答下列问题:
(1)安装实验装置完毕,应调节斜槽,使得末端保持　　　　。
(2)从小球甲、乙离开斜槽到落地前,同一时刻,小球甲距地面的高度　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)小球乙距地面的高度。
(3)小球甲落地时的速度大小为　　　　。
2.(10分)(2025湖南郴州模拟预测)小明为了探究平抛运动的特点,在家里就地取材设计了实验。如图甲所示,在高度约为1 m的水平桌面上用长木板做成一个斜面,使小球从斜面上某一位置滚下,滚过桌边后小球做平抛运动。重力加速度大小g取9.82 m/s2,=1.414。
甲
乙
(1)实验中应满足的条件有　　　　。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次将小球从同一位置释放即可,释放高度尽可能小一点
C.长木板与桌面的材料必须相同
D.小球可选用质量小的泡沫球,不用质量大的小钢球
(2)为了记录小球的落点痕迹,小明依次将白纸和复写纸固定在竖直墙壁上,再把桌子搬到墙壁附近,从斜面上某处无初速度释放小球,使其飞离桌面时的速度与墙壁垂直,小球与墙壁碰撞后在白纸上留下落点痕迹,改变桌子与墙壁间的距离(每次沿垂直于墙壁方向移动9.92 cm),重复实验,白纸上将留下一系列落点痕迹,挑选有4个连续落点痕迹的白纸,如图乙所示。根据测量的数据可求得,小球离开桌面时的速度大小为　　　　 m/s,小球打到B点时的速度大小为　　　　 m/s。(结果均保留3位有效数字)
3.(10分)(2025河南名校联考二模)某物理兴趣小组的同学想探究自来水管中水的流量,以便改进如何节约水资源,小组同学先用游标卡尺测量水管的内径如图甲所示,然后打开水龙头(水龙头处管口水平),测水在空中的运动轨迹如图乙所示,然后将轨迹简化为一条平滑曲线,小组同学以轨迹上的某点O为坐标原点建立如图丙所示的坐标系,重力加速度g取10 m/s2,取=1.41。
甲
乙
丙
(1)用游标卡尺测量水管的内径,示数如图甲所示,则水管的内径d=　　　　 mm。
(2)A点的速度大小为　　　　　　(保留3位有效数字)。
(3)自来水水管的流量(流量为每秒流过的水的体积)为　　　　　(保留3位有效数字)。
4.(10分)(2026陕西宝鸡高三检测)某物理兴趣小组借助视频分析软件来研究平抛运动。甲同学将一个网球水平抛出,乙同学从侧面拍摄了一段网球运动的视频,在分析软件中将拍摄好的视频按照设定的时间间隔逐帧播放,那么每帧画面所对应的时间和位置信息也就确定下来了(如图1所示),以图片中第二帧的时刻为t=0时刻,并以此时球的位置为坐标原点建立水平和竖直坐标系,选定一旁1 m高的立柱作为比例尺,经测量和数据处理,他们得到了网球运动的相关图像,如图2、图3所示。由图中信息回答以下问题:
图1
图2　水平位移—时间图像
图3　竖直平均速度—时间图像
(1)网球水平抛出的速度大小为　　　　　 m/s(保留2位有效数字),t=0时刻网球的速度为　　　　　 m/s(用根号表示)。
(2)网球的加速度大小为　　　　　　 m/s2(结果保留2位有效数字)。
(3)若抛出网球时,速度略微向上倾斜,则(1)中所测得的初速度　　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)实际初速度。
5.(10分)(2025湖南邵阳三模)利用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动的物体的轨迹。某实验小组利用其来探究平抛运动的特点,设计原理图如图甲所示,物体A从O点水平抛出做平抛运动,它能够在竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲。在它运动的平面内安放着超声—红外接收装置B。B盒装有B1、B2两个超声—红外接收器(处于O点正下方),并与计算机相连。B1、B2各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差,并由此算出它们各自与物体A的距离,进而确定物体A的位置,通过计算机可以给出A的坐标。试回答下列问题:
甲
乙
(1)为了使计算机描出的物体做平抛运动轨迹更加准确,物体A应挑选　　　　。
A.体积大的木球
B.体积小的钢球
C.体积小的木球
(2)如图甲所示,某实验小组让物体A在图示位置同时发射超声波脉冲和红外线脉冲,以抛出点O为坐标原点建立坐标系,若还测出了O点到B1、B2的距离,重力加速度未知,则由题中条件可以求出　　　　。
A.物体A的初速度
B.物体A的位置坐标
C.物体A的运动时间
D.物体A此时的速度方向
(3)以物体A的初速度方向为x轴方向,竖直向下的方向为y轴方向,在某次实验中计算机描出的平抛运动的轨迹如图乙所示,数据的采集频率为25 Hz。由图乙轨迹图线分析可知,物体A平抛的初速度大小为　　　　 m/s(结果保留2位有效数字);该实验测得当地的重力加速度偏小,可能的原因是　 。
答案：
1.答案 (1)水平　(2)等于　(3)
解析 (1)小球做平抛运动,故应调节斜槽使得末端保持水平。
(2)小球甲做平抛运动,其竖直方向的分运动为自由落体运动,小球乙做自由落体运动,两小球离地的高度相同,同时释放两小球,则在落地前同一时刻,两小球在竖直方向的位移相同,故离地的高度相同,即小球甲距地面的高度等于小球乙距地面的高度。
(3)由题知,b点距地面的高度为H,小球甲做平抛运动,则在竖直方向有H=gt2,解得t=,落地时竖直方向的速度为vy=gt=,a、b两点间的距离为L,则在水平方向有L=v0t,解得v0=L,故小球甲落地时的速度大小为v=。
2.答案 (1)A　(2)0.992　1.40
解析 (1)桌面需水平,小球才能做平抛运动,选项A正确;每次小球从同一位置无初速度释放,才能保证轨迹相同,释放高度适中,选项B错误;长木板与桌面的材料可以不相同,选项C错误;考虑空气阻力应选用质量大的小钢球,若选用质量小的泡沫球,则小球受到的空气阻力不能忽略,选项D错误。
(2)小球在竖直方向上做自由落体运动,有hBC-hAB=gT2,解得点迹间的时间间隔T=0.1 s,小球离开桌面的速度大小v0==0.992 m/s,打到B点时的竖直速度大小vBy==0.992 m/s,水平速度大小vBx=v0=0.992 m/s,则小球打到B点时的速度大小vB=×0.992 m/s=1.40 m/s。
3.答案 (1)42.40　(2)2.82 m/s　(3)2.82×10-3 m3
解析 (1)由题图甲可知,游标卡尺为20分度,则精度为0.05 mm,则水管的内径d=42 mm+0.05×8 mm=42.40 mm。
(2)根据题图丙可知O到A、A到B时间间隔相同设为T,由Δy=(40-15-15)×10-2 m=gT2,解得T=0.1 s,因为g(t1+T)2-=0.15 m,解得水流从水龙头到O点时间t1=0.1 s,故vAx= m/s=2 m/s,vAy=g(T+t1)=2 m/s,解得vA==2 m/s=2.82 m/s。
(3)流量V=π·vAx=2.82×10-3 m3。
4.答案 (1)2.0　　(2)9.6　(3)小于
解析 (1)根据题意,由题图2可知,网球水平抛出的速度大小为v0= m/s=2.0 m/s。根据题意,竖直方向上有y=vy0t+gt2,则=vy0+gt,结合题图3解析式可得,t=0时刻网球的竖直分速度为vy0=1.2 m/s,则t=0时刻网球的速度为v= m/s。
(2)由(1)分析得=vy0+gt,结合题图3解析式可得g=4.8 m/s2,解得g=9.6 m/s2。
(3)若抛出网球时,速度略微向上倾斜,则(1)中所测得的初速度为实际初速度的水平分速度,则所测得的初速度小于实际初速度。
5.答案 (1)B　(2)BD　(3)1.5　受空气阻力
解析 (1)为减小空气阻力对平抛运动的影响,物体应选择体积小、密度大的材质。钢球密度大、体积小,空气阻力相对重力可忽略,故选B。
(2)设A点坐标为(x,y),由几何关系可得A=x2+(OB1-y)2,A=x2+(OB2-y)2,由题意可知,AB1、AB2、OB1、OB2均已知,联立可解得x、y,即可确定物体A的位置坐标,B正确;由平抛位移公式可得x=v0t,y=gt2,由于重力加速度g未知,故无法求得运动时间t及初速度v0,A、C错误;由速度偏角公式可得tan α=,由位移偏角公式可得tan β=,对比可得tan α=2tan β=,故可确定物体A此时的速度方向,D正确。
(3)数据的采集频率为25 Hz,时间间隔为T=0.04 s,水平方向为匀速直线运动,图中相邻两个时间间隔内的水平位移为0.12 m,则初速度v0= m/s=1.5 m/s;该实验测得当地的重力加速度偏小,原因可能是物体受空气阻力,竖直方向加速度小于g。
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