2019年高中物理必修2假期作业（三）　实验：研究平抛运动

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假期作业（三）　实验：研究平抛运动
[温故知新]
一、实验目的
1．用描迹法描绘平抛运动的轨迹．
2．根据运动轨迹计算平抛运动的初速度．
二、实验装置如图

三、实验器材
斜槽轨道、小钢球、木板、坐标纸、图钉、重锤、直尺、三角板、铅笔等．
四、实验步骤
(1)安装斜槽轨道，使其末端保持水平；
(2)固定木板上的坐标纸，使木板保持竖直状态，小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向；
(3)以斜槽末端为坐标原点沿重垂线画出y轴；
(4)将小球从斜槽上的适当高度由静止释放，用铅笔记录小球做平抛运动经过的位置；
(5)重复步骤(4)，在坐标纸上记录多个位置；
(6)在坐标纸上作出x轴，用平滑的曲线连接各个记录点，得到平抛运动的轨迹.
[典型例题]
【例题】如图所示，在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹．实验简要步骤如下：

A．让小球多次从斜槽上________________滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．
B．按图安装好器材，注意________________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线．
C．取下白纸以O为原点，以过O点的竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹．
(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上．
(2)上述实验步骤的合理顺序是________．
解析：本实验关键是，确保小球每次抛出的初速度相同，而且初速度是水平的，因此安装器材时，注意调整斜槽末端水平，实验过程中让小球多次从斜槽上同一位置滚下．
答案：(1)同一位置无初速　调整斜槽末端水平
(2)BAC
名师方法总结
实验时掌握实验中的仪器，理解实验原理及注意事项是解决此类题目的关键．
名师点易错
1．小球每次必须从同一位置无初速滚下．
2．斜槽末端切线水平.
[提升训练]
1．在不考虑空气阻力的情况下，下列物体中做平抛运动的是(　　)
A．水平击出的排球
B．空中水平匀速飞行的小鸟
C．斜向上踢出的足球
D．从桌面上弹起的乒乓球
2．(多选)研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差(　　)
A．使用密度大、体积小的钢球
B．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦
C．实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下
D．使斜槽末端的切线保持水平
3. (多选)如图所示，两个相同的弧形轨道M、N，分别用于发射小铁球P、Q，两轨道上端分别装有电磁铁C、D，电磁铁E装在与轨道M最低点等高处的某一水平位置．调C、D高度，使AC＝BD，将小铁球P、Q、R分别吸在电磁铁C、D、E上，然后同时切断C、D电源，P、Q从弧形轨道滚下，当小球P运动到圆弧末端时由装置切断E电源，小球R开始下落，改变弧形轨道M的高度以及电磁铁E的位置，再进行若干次调整，经过多次实验发现，P、Q、R三球同时在水平面相撞．下列说法和做法正确的是(　　)
A．实验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的竖直方向的分运动是自由落体运动
B．实验说明小铁球P离开轨道做平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动
C．若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了使三球同时相撞，可以适当将电磁铁E向右移动一些
D．若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了使三球同时相撞，可以适当将电磁铁E向左移动一些
4．如图，粗糙的斜槽固定在水平桌面上，斜槽末端与水平桌面平滑连接．小球从斜槽上A点滚下，经桌面末端B点水平抛出，落在地面上的C点，不计空气阻力，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)

A．若仅测出AB间的竖直高度，可求出小球经过B点时的速度
B．若仅测出BC间的距离，可求出小球经过B点时的速度
C．若仅测出BC间的水平距离，可求出小球做平抛运动的时间
D．若仅测出BC间的竖直高度，可求出小球做平抛运动的时间
5．(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用图中所示的各种装置图，以下操作合理的是(　　)

A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地
B．选用装置2时，要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面
C．选用装置3时，要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球
D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动的每秒十几帧至几十帧的照片，获得平抛轨迹
6．在“研究平抛物体运动”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度．实验简要步骤如下：
A．让小球多次从________位置上滚下，记下小球穿过卡片孔的一系列位置；
B．安装好器材，注意调节斜槽末端和平板竖直，记下抛出点O和过抛出点O的竖直线；
C．测出曲线上某点的坐标x、y，用v0＝________算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值；
D．取下白纸，以抛出点O为坐标原点，以竖直线为轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹．
上述实验步骤的合理顺序是________ (只排列序号即可)．
7．“研究平抛运动”实验中，A实验小组选用如图1实验装置，他们让钢球从斜槽固定位置滚下从槽的末端飞出做平抛运动，用铅笔描出小球经过的位置，通过多次实验，在竖直白纸上记录钢球经过的多个位置，得到钢球平抛运动的轨迹，并利用轨迹求出钢球平抛运动的初速度．

(1)除图中所给的实验器材外，完成本实验还需要的测量工具是________________．
(2)为保证钢球飞出后做平抛运动，斜槽末端必须水平．请简要说明，在实验操作中你是如何检测斜槽末端是否水平
的．_____________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(3)如图2所示，在实验中记下钢球的平抛初位置O点，用悬挂的重锤确定竖直线．取下白纸以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画出平抛运动物体的轨迹．如果平抛运动的轨迹是一条抛物线，那么轨迹上任意一点的y坐标与x坐标理论上应满足y＝ax2，若设初速度为v0，重力加速度为g，关系式中的a应等于(　　)
A．　　 B．　　　C．eq \f(g,v)　　 D．eq \f(g,2v)
(4)B实验小组为了更方便研究平抛运动，他们在实验中用频闪光源代替钢球，频闪光源的频率为50 Hz，抛出后经过画布时在上面留下了一串反映平抛运动轨迹的点迹(如图3)．将点迹拍照后用软件分析可得到各点的坐标．下图中M1、M2、M3是频闪光源平抛运动过程中在画布上留下的三个连续点迹，M1、M2、M3的坐标见表格，通过计算可得频闪光源平抛运动的初速度为________m/s，当地的重力加速度为________m/s2.
M1 M2 M3
x/cm 1.0 2.0 3.0
y/cm 0.40 1.19 2.37


(5)该组同学在老师的启发下想进一步探究做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动，利用(4)中的实验装置完成实验并测量相关数据，通过计算机绘出如图4所示的vy?t图象，并拟合出表达式，图中vy为频闪光源平抛运动竖直方向的分速度．他们通过分析图象和表达式可以得出的结论是________．

A．斜槽末端可能不水平
B．频闪光源与斜槽之间存在摩擦
C．频闪光源在水平方向上做匀速直线运动
D．频闪光源在竖直方向上做匀加速直线运动









参考答案
1.解析：水平击出的排球，初速度水平，仅受重力，做平抛运动，故A正确；空中水平匀速飞行的小鸟，做匀速直线运动，故B错误；斜向上踢出的足球，初速度斜向上，不是平抛运动，故C错误；从桌面上弹起的乒乓球，初速度不水平，不是平抛运动，故D错误．
答案：A
2.解析：选用密度大、体积小的小钢球可以减小空气阻力的影响，故A对；此实验与小球和斜槽间是否有摩擦无关，故B错；实验中必须让小球每次都从同一位置由静止滚下，才能使平抛运动的初速度相同，故C对；实验斜槽末端的切线水平，才能保证小球做平抛运动，故D对，综上所述正确答案为A、C、D．
答案：ACD
3.解析：小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，可以看到P、Q两球相碰．可知小球P在水平方向上的运动情况与Q球的运动情况相同，即小铁球P离开轨道做平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动．当小球P运动到圆弧末端时，小球R开始下落，多次实验发现，P、Q、R三球同时在水平面相撞，说明小铁球P做平抛运动的竖直方向的分运动是自由落体运动，A、B选项正确；若实验时发现小铁球P、R在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球Q，为了使三球同时相撞，必须增大R球到Q球的水平距离，因此可以适当将电磁铁E向右移动一些，C选项正确，D选项错误．
答案：ABC
4.解析：斜槽粗糙，仅测出AB间的竖直高度，无法确定B点的速度，A选项错误；小球离开B点后做平抛运动，根据公式h＝gt2只能计算出小球做平抛的运动时间，不能求出小球经过B点的速度，B选项错误，D选项正确；根据已知，仅测出BC间的水平距离，由于水平速度未知，故不能测出小球做平抛运动的时间，C选项错误．
答案：D
5.解析：选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用耳朵听A、B两球是否同时落地，A选项错误；装置2中，A管内为外界大气压强，在水面下保证A管上出口处的压强为大气压强．为了保证水流速度稳定，另一出水管的上端口处压强与A管上出口处的压强有恒定的压强差．如果A管上出口在水面上则水面上为大气压强，随水面下降，出水管上口压强降低，出水速度减小，B选项正确；选用装置3时，要获得钢球的平抛轨迹，每次需要从斜槽上同一位置由静止释放钢球，C选项错误；数码照相机拍摄时曝光时间是固定的，可以用来研究平抛运动，D选项正确．
答案：BD
6.解析：A．让小球多次从同一位置由静止滚下，目的是保证小球多次做平抛运动的初速度相等；C．平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动，竖直方向的自由落体运动，水平方向有x＝v0t，竖直方向有y＝gt2，联立求出初速度v0＝x，故实验步骤合理顺序是BADC．
答案：同一　x　BADC
7.解析：(1)实验中还需要刻度尺测量水平位移和竖直位移，还需要的测量工具是刻度尺．
(2)检测斜槽末端是否水平，可以看小球能否静止在轨道的边缘．
(3)小球做平抛运动，水平方向上x＝v0t
竖直方向上，y＝gt2
联立解得a＝eq \f(g,2v)，D选项正确．
(4)根据平抛运动规律可知，平抛运动的初速度v0＝
相邻两点间的时间间隔T＝0.02 s
联立解得v0＝0.5 m/s
在竖直方向上，连续相等时间间隔内，位移之差为常量
根据Δy＝gT2得，g＝9.75 m/s2.
(5)由图可知，竖直分速度与时间成线性关系，可知频闪光源在竖直方向上做匀加速直线运动，由于0时刻的竖直分速度不为零，可知斜槽末端不水平，A、D选项正确．
答案：(1)刻度尺　(2)看小球能否静止在轨道的边缘　(3)D　(4)0.5　9.75　(5)AD














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