高中物理人教版必修2 课后练习题 5-3 实验：研究平抛运动 Word版含解析

实验：研究平抛运动

一、单项选择题
1．在做“研究平抛物体的运动”实验中，需要测量的物理量有(　D　)
A．小球的质量
B．小球的释放点到斜槽末端的竖直高度
C．运动轨迹上某点到原点的距离
D．运动轨迹上某点到原点的水平距离和竖直距离
解析：该实验的目的是描轨迹和测初速度v0.要测v0需求出运动时间和水平位移大小，由t＝可知，求时间需要测小球的下落高度，即竖直位移．
2．从同一高度以不同的速度水平抛出两个质量不同的石子，下列说法正确的是(　C　)
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
解析：依据x＝v0t，h＝gt2判断，重力加速度与质量无关，B错误；水平方向为匀速直线运动，竖直方向为自由落体运动，下落时间与水平速度无关，C正确，A、D错误．故答案为C.
3．如图所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端(末端水平)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．改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地．该实验现象说明了A球在离开轨道后(　C　)
A．水平方向的分运动是匀速直线运动
B．水平方向的分运动是匀加速直线运动
C．竖直方向的分运动是自由落体运动
D．竖直方向的分运动是匀速直线运动
解析：改变高度做实验，发现A、B仍同时落地，只能说明A球的竖直分运动与B球自由落体运动情况相同，故C项正确．
4．从水平水管中喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹，从水柱的形状我们可以想到(　A　)
A．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越大
B．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越小
C．尽管水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该是不变的
D．从水柱是向下弯曲的这一现象，我们无法想到什么
解析：从水平水管喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹，水柱弯曲方向向下，是因为受到重力的作用，且在竖直方向上加速，速度应该越来越大．
5．做杂技表演的汽车从高台水平飞出，在空中运动一段时间后着地．记者从侧面用照相机通过多次曝光，拍摄到汽车在着地前后一段时间内的3幅运动照片，如图所示．已知相邻两次曝光的时间间隔相等，汽车的长度为l，则下列说法不正确的是(　D　)
A．从左边一幅照片可推算出汽车的水平分速度大小
B．从左边一幅照片可推算出相邻两次曝光的时间间隔
C．从中间一幅照片可推算出照片中间的小汽车对应时刻的速度
D．从右边一幅照片可推算出汽车的水平分速度
解析：由平抛运动的实验规律可得：小车在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，可以从图中读出水平方向的格数是汽车的水平位移，竖直方向由Δs＝aT2可求出每段的时间间隔，从而求出水平速度，A、B正确；C项中，由匀变速运动规律v中＝得竖直分速度，与水平分速度矢量合成可求出中间时刻对应的速度．而D项中，小车已落地，不再符合平抛运动规律，无法推算．
二、多项选择题
6．在做“研究平抛物体的运动”实验时，下列说法正确的是(　AC　)
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、木板是否竖直
B．斜槽必须光滑
C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放
D．实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动水平和竖直分运动的规律
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．斜槽没必要必须光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可，选项B错误．小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，可保证小球每次飞出的初速度相同．本实验的目的是描绘平抛运动轨迹，并计算平抛运动的初速度，D错误．
7．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，下列说法中正确的有(　BC　)
A．两球的质量应相等
B．两球应同时落地
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．
8．如图所示，方格坐标每一小格边长为10 cm，一物体做平抛运动时分别经过O、a、b三点，重力加速度g取10 m/s2，则下列结论正确的是(　CD　)
A．O点就是抛出点
B．a点速度va与水平方向成45°角
C．小球抛出速度v＝1 m/s
D．小球经过a点的速度为 m/s
解析：由于O、a、b三点水平方向距离相等，说明tOa＝tab，若O点为抛出点，则在竖直方向连续相等时间内通过的位移之比为1?3?5，而从题图看，竖直方向相等时间内位移之比为1?2，所以O点不是抛出点，故A错．因O到a的位移方向与水平方向成45°，所以物体经过a点时速度方向与水平方向夹角肯定大于45°，故B错．根据匀变速直线运动公式a＝，a＝g＝10 m/s2，得t＝＝0.1 s＝tOa＝tab.水平方向匀速运动，速度v＝vx＝＝1 m/s，故C对．小球经过a点时竖直方向分速度vay＝＝ m/s＝1.5 m/s，得va＝＝ m/s，故D对．
三、非选择题
9．某同学课外研究平抛物体的运动，并将实验中测出的两物理量Q和S的数值填表如下，Q和S的单位相同但没有写出．(g取10 m/s2).
Q 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00
S 0.00 0.05 0.20 0.45 0.80 1.25
(1)上表中Q表示的物理量是水平位移，S表示的物理量是竖直位移．
(2)若上表中Q和S用的都是国际单位制中的单位，则平抛物体的水平速度为2.0 m/s.
解析：(1)由Q和S的变化规律知，Q为平抛物体的水平位移，S为平抛物体的竖直位移．(2)由表格可知，竖直方向上平抛物体在相等的时间间隔内通过的位移之差为Δy＝0.10 m，由Δy＝gT2，得T＝＝0.10 s．水平方向上平抛物体在相等时间内的位移x＝0.20 m，则平抛物体的水平速度为v0＝＝ m/s＝2.0 m/s.
10．某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，但照片上有一破损处．已知每个小方格边长10 cm，当地的重力加速度为g＝10 m/s2.
(1)若以拍摄的第1个点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴正方向，则照片上破损处的小球位置坐标为x＝40 cm，y＝30 cm.
(2)小球平抛的初速度大小为2 m/s.
解析：(1)平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，水平方向上相等时间内的位移相等，可知破损处的横坐标x＝4L＝40 cm，竖直方向上连续相等时间内的位移之差相等，可知破损处的纵坐标y＝3L＝30 cm.
(2)在竖直方向上，根据Δy＝L＝gT2得相等的时间间隔为：T＝＝ s＝0.1 s，则小球平抛运动的初速度为：v0＝＝ m/s＝2 m/s.
11．利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图甲所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，MN为水平木板．已知悬线长为L，悬点与木板间的距离OO′＝h(h>L)．
(1)电热丝P必须置于悬点正下方的理由是使小球运动的初速度v0为水平方向，以保证小球做平抛运动．
(2)将小球向左拉起后自由释放，最后小球落在木板上的C点，O′C＝x，则小球做平抛运动的初速度v0＝x.
(3)在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向间的夹角θ，小球落点与O′点的水平距离x将随之改变，经多次实验，以x2为纵坐标，cosθ为横坐标，得到如图乙所示图象，则当θ＝30°时，x为0.52 m.
解析：本题是利用单摆描绘平抛运动的轨迹，属实验原理的迁移应用．
(1)使小球运动到悬点正下方时，速度为水平方向，保证小球做平抛运动．
(2)小球做平抛运动的下落高度H＝h－L，满足h－L＝gt2，x＝v0t，由此得v0＝x.
(3)由x2－cosθ图象可知，x2与cosθ的关系满足x2＝acosθ＋b，将(0,2.0)和(1.0,0)代入，解得a＝－2.0，b＝2.0.则x2与cosθ的关系为x2＝－2cosθ＋2.当θ＝30°时，可解得x≈0.52 m.