2021年人教版力学实验题研究平抛运动

实验题强化专练-研究平抛运动
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、实验题
如图所示，某同学在研究平抛运动的实验中，在小方格纸画出小球做平抛运动的轨迹以后，又在轨迹上取出a、b、c、d四个点（轨迹已擦去）．已知小方格纸的边长L=2.5cm．g取10m/s2．请你根据小方格纸上的信息，完成下面几个问题：（结果保留三位有效数字）
（1）小球平抛运动的初速度v0=______m/s。
（2）物体运动到b点时的瞬时速度vb=______m/s；
（3）从抛出点到c点所经历的时间是______s。
用如图1所示装置研究平拋运动。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PQ滑下后从Q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）下列实验条件必须满足的有______。
A．小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放
B．斜槽轨道要尽量光滑些
C．斜槽轨道末端必须保持水平
D．本实验必需的器材还有刻度尺和停表
（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的______（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时______（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行。
（3）伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，只要下落高度相同，在空中飞行的时间都一样。这实际上是因为平抛物体______。
A．在水平方向上做匀速直线运动
B．在竖直方向上做自由落体运动
C．在下落过程中机械能守恒
某小组设计了一个研究平抛运动的实验装置，在抛出点O的正前方，竖直放置一块毛玻璃。他们利用不同的频闪光源，在小球抛出后的运动过程中光源闪光，会在毛玻璃上出现小球的投影点，在毛玻璃右边用照相机进行多次曝光，拍摄小球在毛玻璃上的投影照片。如图1，小明在O点左侧用水平的平行光源照射，得到的照片如图3；如图2，小红将一个点光源放在O点照射重新实验，得到的照片如图4．已知光源的闪光频率均为31HZ，光源到玻璃的距离L=1.2m，两次实验小球抛出时的初速度相等。根据上述实验可求出：（结果均保留两位小数）
（1）重力加速度的大小为______m/s2，投影点经过图3中M位置时的速度大小为______m/s。
（2）小球平抛时的初速度大小为______m/s。
在做“研究平抛运动”的实验中，为了测量小球平抛运动的初速度，实验用如图所示的装置。实验操作的主要步骤如下：
（ⅰ）在一块平木板上钉上复写纸和白纸，将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段初始距离d，并保持板面与轨道末端的水平段垂直。
（ⅱ）使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A
（ⅲ）将木板沿水平方向向右平移一段动距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B
（ⅳ）将木板再水平向右平移相同距离x，使小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，再在白纸上得到痕迹C
（ⅴ）测得A、B、C三点距地面的高度为y1、y2、y3，已知当地的重力加速度为g。
请回答下列问题
（1）关于该实验，下列说法中正确的是______
A．斜槽轨道必须尽可能光滑
B．每次小球均须由静止释放
C．每次释放小球的位置可以不同
D．步骤（ⅰ）初始距离d必须与步骤（ⅲ）中距离x相等
（2）根据上述直接测量的量和已知的物理量可以得到小球平抛的初速度大小的表达式为v0=______。（用题中所给字母表示）
（3）某同学做进一步的研究，改变小球释放的初始位置的高度h，每改变一次高度，重复上述步骤（ⅰ）-（ⅴ）（其它条件不变），并记录每次的h、y1、y2、y3．在同一坐标系中画出y1-、y2-、y3-图象。根据你的分析，下列哪个图最接近该同学的实验结果______（图中直线a表示y1-图象，直线b表示y2-图象，直线c表示y3-图象）。
三个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的规律”的实验。
（1）甲同学采用如图①所示的装置。用小锤打击弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明______。
（2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图②所示的小球做平抛运动的照片。图中每个小方格的边长L=2.5cm。小球在平抛运动中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球经过b点时的速度大小vb=______m/s；（g=10m/s2，结果保留两位有效数字）
（3）丙同学采用如图③所示的装置。关于该实验方法，下列选项中与误差无关的是______
A．弧形槽与小球间有摩擦
B．弧形槽末端切线不水平
C．建立坐标系时，以斜槽末端端口位置为坐标原点
D．小球每次自由滚下的位置不同
答案和解析
1.【答案】（1）1.00；（2）1.25；（3）0.125
【解析】解：（1）由=gT2得，
T==s=0.05s，
则初速度v0==m/s=1.00m/s。
（2）vby==m/s=0.75m/s，
所以vb=m/s=1.25m/s。
（3）b点竖直分速度vby=0.75m/s
由vcy=vby+gT得：vcy=1.25m/s
tc==s=0.125s
故答案为：（1）1.00；（2）1.25；（3）0.125。
根据连续相等时间内的位移之差是一恒量求出相等的时间间隔，结合水平位移和时间间隔求出平抛运动的初速度。根据竖直方向上某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出b点的竖直分速度，结合平行四边形定则求出b点的速度。
根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出c点竖直分速度，结合速度时间公式求出运动的时间。
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式和推论进行求解，难度中等。
2.【答案】AC?
球心?
需要?
B
【解析】解：（1）AB、为了保证小球的初速度相等，小球每次应从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不一定需要光滑，故A正确，B错误；
C、为了保证小球的初速度水平，斜槽末端必须水平，故C正确；
D、该实验不需要秒表，运动的时间可以通过下降的高度求出，故D错误。
故选：AC。
（2）小球在运动中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是小球静置于Q点时球心的位置；故应以球心在白纸上的位置为坐标原点；
小球在竖直方向为自由落体运动，故y轴必须保证与重锤线平行；
（3）伽利略说明了小球由同一高度下落时的等时性，故只能说明小球在竖直方向为自由落体运动，无法说明水平方向上的匀速直线运动和是否在下落过程中机械能守恒，故AC错误，B正确；
故选：B。
故答案为：（1）AC；（2）球心；需要；（3）B。
（1）根据实验原理以及注意事项，确定正确的操作步骤；
（2）明确实验原理，知道应记录球心位置，且y轴必须在竖直线；
（3）根据伽利略说明的现象，结合平抛运动规律，即可分析求解。
解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式灵活求解；明确地球是球形，只有在水平速度较小高度较小时，地面可视为水平，此种情况下可以视为小球做平抛运动。
3.【答案】9.61
?
18.60
?
0.62
【解析】解：（1）在竖直方向上，连续相等时间内的位移之差△y=1.00cm，
根据△y=gT2得，重力加速度g==△yf2=1×10-2×312=9.61m/s2。
图中尺寸投影点经过M位置的速度vM===m
/s=0.62m/s。
OM点的水平位移x=4cm=0.04m
那么实际比例，投影点经过图3中M位置时的速度大小，===18.60m/s
（2）平抛运动，可分解成水平方向匀速直线运动，竖直方向自由落体运动，
根据v0==m
/s=0.62m/s。
故答案为：（1）9.61，18.60，（2）0.62。
（1）根据竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒量求出重力加速度的大小，结合某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出投影点经过M点位置的速度大小；
（2）根据平抛运动，水平方向匀速直线运动，结合运动学公式，求出小球平抛运动的初速度。
解决本题的关键知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式和推论灵活求解，难度中等。
4.【答案】B
?
?
C
【解析】
【分析】
?解决本题的关键知道实验的原理以及注意事项，知道平抛运动的规律，结合运动学公式和推论灵活求解，注意涉及图线问题，一般采用的思路是得出物理量的关系式，结合图线斜率或截距进行求解。
（1）根据实验的原理以及注意事项确定正确的操作步骤。
（2）根据竖直方向上连续相等时间内位移之差是一恒量求出相等的时间间隔，结合水平位移和时间间隔求出初速度。
（3）根据动能定理，以及平抛运动的规律得出y与的关系式，结合关系式确定正确的图线。
【解答】
解：（1）为了让小球平抛运动的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不一定需要光滑，故A、C错误，B正确。
步骤（ⅰ）初始距离d不需要与步骤（ⅲ）中距离x相等，故D错误。
故选：B。
（2）在竖直方向上，△y=（y2-y3）-（y1-y2），根据△y=gT2得，T=，则初速度=。
（3）不考虑小球与斜槽间的摩擦，根据动能定理得，mgh=，解得v=，平抛运动的时间t=，则H-y=，H为斜槽底端到地面的高度，解得y=H-，y1、y2、y3对应的水平位移逐渐增大，即斜率的绝对值逐渐增大，故C正确，A、B、D错误。
故选：C。
故答案为：（1）B，（2），（3）C。
5.【答案】平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
?
1.25
?
A
【解析】解：（1）平抛运动的小球与自由落体运动的小球总是同时落地，平抛运动在竖直方向上是自由落体运动；
（2）取a、b、c三点分析，水平方向间隔均为2L，所以小球从a点到b点、从b点到c点的时间相同，设均为T，在竖直方向上，由△y=L=gT2得：
T=。
根据水平方向匀速运动有2L=v0T
解得：v0=m/s=1.0m/s。
b点是a、c的时间中点，小球经过b点时竖直方向上的速度为：
=0.75m/s，
小球经过b点时的速度大小为：
m/s=1.25m/s；
（3）弧形槽与小球间有摩擦，对本实验没有直接影响，只要小球每次从同一位置静止释放，小球做平抛运动的初速度都相同，故选：A。
故答案为：（1）平抛运动在竖直方向上是自由落体运动；（2）1.25m/s；（3）A。
（1）抓住两球始终同时落地，得出A球竖直方向上的运动规律与B球相同。
（2）根据竖直方向上连续相等时间内的位移之差是一恒力求出相等的时间间隔，结合水平位移和时间间隔求出水平分速度，根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出b点的竖直分速度，结合平行四边形定则求出b点的速度。
（3）根据实验的原理和注意事项确定与误差无关的操作步骤。
解决本题的关键知道实验的原理和注意事项，知道平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律，结合运动学公式和推论灵活求解。
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