2019版物理新教材 人教版必修2提升练习第五章　3.实验：研究平抛运动 Word版含解析

3.实验:研究平抛运动
基础巩固
1.在研究平抛物体的运动实验中,应选用下列各组器材中的哪一组(　　)
A.铁架台、方木板、斜槽和小球、停表、刻度尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉
B.铁架台、方木板、斜槽和小球、天平和停表、刻度尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉
C.铁架台、方木板、斜槽和小球、千分尺和停表、刻度尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉
D.铁架台、方木板、斜槽和小球、刻度尺和三角板、重锤和细线、白纸和图钉
解析:在此实验中小球的直径较小,不需要用千分尺测量。实验中也不用测量时间。
答案:D
2.(多选)在研究平抛物体的运动的实验中,小球做平抛运动的坐标原点位置是(设小球半径为r)(　　)
A.斜槽口末端O点
B.小球在槽口时,球心在木板上的投影点
C.槽口O点正前方r处
D.小球放在槽口末端时,过小球最高点的水平线与槽口的竖直线的交点正下方r处
答案:BD
3.为了探究影响平抛运动水平射程的因素,某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6次实验,实验数据记录如下表:
序号
抛出点的高度/m
水平初速度/(m·s-1)
水平射程/m
1
0.20
2
0.40
2
0.20
3
0.60
3
0.45
2
0.60
4
0.45
4
1.2
5
0.80
2
0.8
6
0.80
6
2.4
以下探究方案符合控制变量法的是(　　)
A.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为1、3、5的实验数据
B.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为2、4、6的实验数据
C.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为1、3、5的实验数据
D.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为2、4、6的实验数据
解析:若探究水平射程与高度的关系,应保证物体平抛运动的初速度不变,改变下落高度,选项A正确,B错误;若探究水平射程与初速度的关系,应保证平抛运动的下落高度不变,改变初速度,选用的数据可以是1、2的实验数据或3、4的实验数据或5、6的实验数据,选项C、D错误。
答案:A
4.(多选)为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动,用如图所示的装置进行实验。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
解析:物体做自由落体运动的运动情况与物体的质量无关,两球质量没有必要相等,选项A错误;改变装置的高度,且每次都同时落地,才能说明A球在竖直方向做自由落体运动,选项B、C正确;本实验不能说明A球在水平方向上做匀速直线运动,选项D错误。
答案:BC
5.在探究平抛运动的规律时,可以选用下列各种装置进行研究。
(1)图甲的实验现象是　　　　　　　　　。该现象说明平抛运动　 。?
(2)图乙是实验室内研究平抛运动的装置。为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨迹是一定的,每次释放小球时都使钢球在斜槽上　　　　位置由　　　　滚下。?
解析:(1)装置图甲是研究平抛物体竖直分运动的,观察实验发现两小球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上做自由落体运动。
(2)图乙是实验室内研究平抛运动的装置。为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨迹是一定的,每次释放小球时都使钢球在斜槽上同一位置由静止滚下,保证平抛初速度相同,从而保证轨迹是一定的。
答案:(1)两小球总是同时落地　竖直分运动是自由落体运动
(2)同一　静止
6.下图为喷出细水流的图片,照片中刻度尺的最小刻度为毫米,细水流是水平喷出的,试根据该照片研究:
(1)已知水流做平抛运动的水平分运动是匀速直线运动,找出研究其竖直分运动的方法,并证明竖直分运动是自由落体运动;
(2)若g=10 m/s2,试求水流喷出的速度。
解析:(1)根据水平方向是匀速运动,可以按水平方向距离都等于2 cm选取几个点,发现这几个点恰好落在坐标纸的交点上,如(2,1)、(4,4)、(6,9)等,可见在相等的时间间隔内,竖直方向的位移之比恰好等于1 ∶3 ∶5,从而证明了平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。
(2)观察发现,水流在水平方向的位移是0.04 m时,竖直方向的位移也是0.04 m,根据h=12gt2,得t=2hg=2×0.0410 s=0.089 4 s,则水流喷出的速度v0=xt=0.040.089 4 m/s=0.447 m/s。
答案:(1)见解析　(2)0.447 m/s
7.某学习小组设计了如图所示的装置研究平抛运动。图中M、N是两个完全相同的弧形轨道,两轨道上端均装有电磁铁,末端水平;A、B是两个完全相同的小铁球。(不计空气阻力和摩擦的影响)
(1)实验时,该小组同学将小铁球A、B吸在电磁铁上,保持h1=h2,调整h到合适高度;然后断开电源,两小球同时由静止开始沿轨道滚下。经过多次重复实验,都能观察到A、B同时到达光滑水平面上的P点相碰。请你解释其中的道理:　 。?
(2)保持其他条件不变,如果增大h,A、B还能否在光滑水平面上某点相碰?
你的猜想是　 。?
理由是　 。?
解析:(1)离开轨道后,A、B两个小球同时开始分别做平抛运动和匀速直线运动,而A球在水平方向做匀速直线运动,所以能在光滑水平面上的P点相碰。道理是A、B两个小球在水平方向的运动状态相同。
(2)离开轨道后,A、B两个小球同时开始分别做平抛运动和匀速直线运动,如果增大h只影响A、B两个小球相碰的位置不在P 点,但还能在光滑水平面上某点相碰。
所以猜想是能在光滑水平面上某点相碰。
理由是A、B两个小球在水平方向的运动状态相同。
答案:见解析
能力提升
1.如图所示,某次实验中用频闪照相方法拍摄的小球(可视为质点)做平抛运动的闪光照片。如果图中每个小方格的边长l表示的实际距离和闪光频率f均为已知量,那么在小球的质量m、平抛的初速度大小v0、小球通过P点时的速度大小v和当地的重力加速度值g这四个未知量中,利用上述已知量和图中信息(　　)
A.可以计算出m、v0和v
B.可以计算出v、v0和g
C.只能计算出v0和v
D.只能计算出v0和g
解析:由题图可知,在相邻两次闪光间隔中,小球在水平方向的位移相等,3l=v0T=v0f,因此可求出初速度v0。在竖直方向两段时间内的位移分别为3l、5l,由Δy=gT2可得g=ΔyT2=(5l?3l)f2=2lf2,可求出重力加速度g。又vPy=3l+5l2T=4fl,所以通过P时的速度v=v02+vPy2。而物体质量m无法求出。
答案:B
2.如图所示,光滑水平桌面上,一小球以速度v向右匀速运动,当它经过靠近桌边的竖直木板ad边前方时,木板开始做自由落体运动。若木板开始运动时,cd边与桌面相齐,则小球在木板上的投影轨迹是(　　)
解析:选取木板为参考系,则在水平方向上小球做匀速直线运动,在竖直方向上,小球向上做初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动,故有x=vt,y=12gt2,得y=gx22v2,故小球在木板上的投影轨迹为B图。
答案:B
3.(多选)在做研究平抛物体的运动实验时,下列说法正确的是(　　)
A.安装有斜槽的木板时,一定要注意检查斜槽末端切线是否水平
B.安装有斜槽的木板时,只要注意小球不与木板发生摩擦即可
C.每次实验都要把小球从同一位置由静止释放
D.斜槽轨道必须光滑
解析:做本实验必须使斜槽末端切线水平,使钉有坐标纸的木板竖直,以确保小球水平飞出和正确画出坐标轴,A项正确,B项错误。小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下,就可保证小球每次飞出的初速度相同,C项正确,D项错误。
答案:AC
4.某同学在做研究平抛运动的实验时,让小球多次从斜槽上滚下,在坐标纸上依次记下小球的位置如图所示(坐标原点为小球的抛出点)。
(1)在图中描出小球的运动轨迹。
(2)从图中可看出,某一点的位置有明显的错误,其产生的原因可能是该次实验中,小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次偏　　 　(选填“高”或“低”)。?
(3)某同学从图像中测得的三组数据如下表所示,则此小球做平抛运动的初速度v0=　　　 m/s。?
x/cm
10.00
20.00
30.00
y/cm
5.00
20.00
45.00
解析:(1)如图所示
(2)从轨迹上可以看出,第四个点偏离轨迹,与轨迹上同一高度的点比较,在下落相同高度时,水平位移偏小,说明平抛运动的初速度偏小,即小球从斜槽上滚下时的初始位置比其他几次偏低。
(3)根据x=v0t,y=12gt2可得v0=xg2y,代入其中一组数据可得v0=1.0 m/s。
答案:(1)见解析　(2)低　(3)1.0
5.试根据平抛运动原理设计测量弹射器弹丸出射初速度的实验方案。提供的实验器材为弹射器(含弹丸,见图)、铁架台(带有夹具)、刻度尺。
(1)画出实验示意图。
(2)在安装弹射器时应注意　 。?
(3)实验中需要测量的量(并在示意图中用字母标出)为? 　。?
(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等,在实验中应采取的方法是? 　。?
(5)计算公式为　 。?
解析:根据研究平抛运动的实验和平抛运动的规律可知使弹丸做平抛运动,通过测量下落高度可求出时间,再测出水平位移可求出平抛的初速度。
(1)实验示意图如图所示;
(2)弹射器必须保持水平;
(3)弹丸下降高度y和水平射程x;
(4)在不改变高度y的条件下行多次实验,测量水平射程x,得出水平射程x的平均值 x,以减小误差;
(5)因为y=12gt2,所以t=2yg,又因x=v0t,故v0=xt=x2yg=xg2y。
答案:见解析
6.某同学设计了一个研究平抛运动的实验装置,如图所示,在水平桌面上放置一个斜面,让钢球从斜面上由静止滚下,钢球滚过桌边后便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方放置一块水平木板,木板由支架固定成水平,木板所在高度可通过竖直标尺读出,木板可以上下自由调节。在木板上固定一张白纸。该同学在完成装置安装后进行了如下步骤的实验:
A.实验前在白纸上画一条直线,并在线上标出A、B、C三点,且AB=BC=20.00 cm,如图所示。
B.让钢球从斜面上的某一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中A点,记下此时木板与桌面的高度差h1=h。
C.让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中B点,记下此时木板与桌面的高度差h2=h+10.00 cm。
D.让钢球从斜面上的同一位置由静止滚下,调节木板高度,使得钢球正好击中C点,记下此时木板与桌面的高度差h3=h+30.00 cm。
则该同学由上述测量结果即可粗测出钢球的平抛初速度大小v0=　　　 m/s,钢球击中B点时其竖直分速度大小为vBy=　　　 m/s。(g取10 m/s2,空气阻力不计)?
解析:由题意可知,从A到B与从B到C的时间相等,设为t,则有在水平方向x=v0t,在竖直方向Δy=yBC-yAB=0.1 m=gt2,解得v0=2.0 m/s。
球击中B点时其竖直分速度大小为vBy=yAC2t=0.30.2 m/s=1.5 m/s。
答案:2.0　1.5
7.★图甲是研究平抛物体运动的实验装置图,通过描点画出平抛小球的运动轨迹。
(1)以下是实验过程中的一些做法,其中合理的有　 。?
a.安装斜槽轨道,使其末端保持水平
b.每次小球释放的初始位置可以任意选择
c.每次小球应从同一高度由静止释放
d.为描出小球的运动轨迹,描绘的点可以用折线连接
(2)实验得到平抛小球的运动轨迹,在轨迹上取一些点,以平抛起点O为坐标原点,测量它们的水平坐标x和竖直坐标y,图乙中y-x2图像能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是　　　　。?
(3)图丙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O为平抛的起点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm,y2为45.0 cm,A、B两点水平间距Δx为40.0 cm。则平抛小球的初速度v0为　　　 m/s(结果保留两位有效数字,g取10 m/s2)。?
丙
解析:(1)安装斜槽轨道时,必须使其末端保持水平,保证小球离开轨道后水平飞出。为了描下轨迹上的多个点,实验须重复多次,但每次小球平抛的初速度必须相同,所
以每次小球应从同一高度由静止释放。描绘轨迹时,应该用平滑的曲线把描的点连接起来。选项a、c正确。
(2)若轨迹为抛物线,则轨迹方程为y=kx2,即y与x2成正比。选项c正确。
(3)设从O运动到A、B两点所用时间分别为tA、tB,
由y=12gt2得tA=0.1 s,tB=0.3 s
v0=xB-xAtB-tA=0.40.3-0.1 m/s=2.0 m/s。
答案:(1)ac　(2)c　(3)2.0