5.3 实验:探究平抛运动的特点
1.为了探究平抛运动的规律。老师做了如图所示演示实验,来说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,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.所用两球的质量必须相等
B.只做一次实验发现两球同时落地,即可以得到实验结论
C.应改变装置的高度多次实验
D.本实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动
2.歼轰-7“飞豹”,是由我国于80年代开始自行设计研制的中型战斗轰炸机,主要装备于海军航空兵,用于执行反舰、反潜等任务,保卫祖国美丽而广阔的海域。从水平飞行的歼轰-7上投下的炸弹,在不考虑空气阻力的情况下可以看作做平抛运动,则关于炸弹的运动,以下说法正确的是( )
A.离开轰炸机后,其速度和加速度都随时间的增加而增大
B.其运动是变加速运动
C.其水平方向的速度逐渐增大
D.其仅受重力的作用,所以加速度保持不变
3.利用如图所示的装置研究平抛运动。为了画出一条钢球做平抛运动的轨迹,要求( )
A.钢球每次必须从斜槽上相同的位置滚下
B.钢球每次可以从斜槽上不同的位置滚下
C.斜槽末端的切线可以不调成水平
D.斜槽必须是光滑的
4.如图所示是小球平抛运动的频闪照片,频闪时间间隔相等。若不计空气阻力,当小球在不同位置时,下列说法正确的是( )
A.加速度相同 B.速度大小相等
C.速度方向相同 D.速度竖直分量大小相等
5.研究平抛运动物体的运动性质可以采用多种方案。图1用小锤打击弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,同时B球被松开,自由下落,A、B两球同时开始运动。图2是两个完全相同的弧形轨道M、N,分别用于发射小铁球P、Q,其中N的末端可看作与光滑的水平板相切,现将小铁球P、Q同时释放,关于这两种实验方案,下列说法正确的是( )
A.图1能说明平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动。
B.图1说明平抛运动的物体在竖直方向做自由落体运动
C.图2能同时说明平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动,在竖直方向做自由落体运动
D.图2仅能说明平抛运动的物体在竖直方向做自由落体运动
6.(多选)在做平抛实验时,如图所示,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画小球做平抛运动的轨迹,为了能较准确地描绘运动轨迹,下面列出了一些操作要求,将你认为正确的选项前面的字母填在横线上( )
A.通过调节使斜槽的末端保持水平
B.每次释放小球的位置可以不同
C.每次释放小球的位置必须相同
D.用铅笔记录小球位置时,每次必须严格地等距离下降
7.用如图1所示装置研究平抛运动。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.斜槽轨道光滑
B.斜槽轨道末段水平
C.挡板高度等间距变化
D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
(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)为了得到平抛物体的运动轨道,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是___________。
A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
8.某学习小组用实验探究“平抛运动规律”。
(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)乙同学采用如图2所示的装置。用两个相同的弧形轨道分别发射小铁球,其中N的末端与光滑水平面相切,两轨道上端分别装有电磁铁,调节电磁铁的高度,使,现将小铁球分别吸在电磁铁上,切断电源,使两小铁球同时分别从轨道的下端射出。实验可观察到的现象应是___________;保持,仅仅改变弧形轨道M在竖直方向的位置,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明___________。
(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图3所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为2.5 cm,分析可知,位置1__________(填“是”或“不是”)平抛运动的起点。
9.用如图甲所示装置研究平抛运动,两相同的斜槽固定在同一竖直面内,它们的轨道末端水平,下方的斜槽末端与光滑水平轨道平滑连接。把两个相同小球,均从斜槽的顶端由静止同时释放,观察到两小球恰好在水平轨道相遇,这说明平抛运动在水平方向上的分运动是_______;
用如图乙所示的装置研究平抛运动时,小球2与斜槽末端在同一水平线上,将小球1从斜槽某处释放,当它到达斜槽末端时触发接收器,小球2被释放。观察到两小球恰好在小球2初位置的正下方相遇,这说明平抛运动在竖直方向上的分运动是_______。
10.图是“研究平抛物体运动”的实验装置图,通过描点画出做平抛运动的小球的运动轨迹。
(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.每次释放小球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,以平抛起点为坐标原点,测量它们的水平坐标和竖直坐标,图中图像能说明小球运动轨迹为抛物线的是___________。
A. B. C. D.
(3)如图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、C三点竖直坐标y1为5.0cm、y2为45.0cm、y3为60.0cm,A、B两点水平间距Δx为40.0cm,则小球在C点的速度vC为___________m/s(结果保留两位有效数字,g取10m/s2)。
11.(1)如图所示是研究平抛物体运动的演示实验装置。实验时,先用弹簧片C将B球紧压在DE间并与A球保持在同一水平面上,用小锤F击打弹簧片C,A球被水平抛出,同时B球自由下落。实验几次,无论打击力大或小,仪器距离地面高或低,我们听到A、B两球总是同时落地,这个实验_________。
A.说明A、B两球落地时的速度相同
B.说明A、B两球在水平方向运动是做匀速直线运动
C.说明平抛运动是自由落体和匀速直线运动的合运动
D.说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
(2)如图所示是某学生在做“研究平抛物体运动”的实验时记录小球运动的轨迹,x轴为水平方向,y轴为竖直方向。O点为平抛的初始位置,P点为轨迹上一点。则
①物体从O点运动到P点的时间为________s;
②物体的初速度为________;(结果保留2位有效数字)
③该平抛运动的轨迹方程为________。(g取)
12.某同学利用如下图所示的装置做研究平抛物体运动的实验。
(1)下列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.每次小球应从同一高度由静止释放
C.必须保证斜槽轨道足够光滑
D.应使小球的释放位置尽量高点,使小球获得较大的初速度,减小实验误差
(2)丙图是小球的运动轨迹,O为平抛的起点,在轨迹上任取两点A、B,测得A、B两点竖直坐标为5.0cm、为45.0cm,A、B两点水平间距为60.0cm,g取,则小球的初速度为______m/s,B点的速度为_______m/s。
参考答案
1.C
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,两球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,不能得出水平方向上的运动规律,实验时应改变装置的高度进行多次实验,且下落的快慢与小球的质量无关。
2.D
AD.平抛运动的加速度是重力加速度,保持不变,是匀变速运动,离开轰炸机的炸弹速度随时间的增加而增大,加速度不变,故A错误,D正确;
B.平抛运动是匀变速曲线运动,故B错误;
C.平抛运动水平方向上做匀速直线运动,速度不变,故C错误。
3.A
AB.为了保证小球平抛运动的初速度相同,则每次从同一高度由静止释放小球,故A正确,B错误;
C.为了保证小球水平飞出,则斜槽的末端切线保持水平,故C错误;
D.斜槽是否光滑不影响结果,故D错误。
4.A
A.平抛物体的加速度恒定为竖直向下的g,即加速度相同,选项A正确;
BC.平抛物体的水平速度不变,竖直速度逐渐变大,则在不同位置速度大小和方向均不相同,选项BC错误;
D.平抛物体竖直方向做自由落体运动,则速度竖直分量逐渐变大,在不同位置的竖直速度分量大小不相等,选项D错误。
5.B
AB.图1用小锤打击弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,同时B球被松开,自由下落,A、B两球同时开始运动。同时会听到两小球同时落地的声音,故图1说明平抛运动的物体在竖直方向做自由落体运动,故A错误,B正确;
CD.图2只能说明平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动,不能说明在竖直方向做自由落体运动,故C错误,D错误。
6.AC
A.通过调节使斜槽末端保持水平,是为了保证小球做平抛运动,故A正确;
B.因为要画同一运动的轨迹,必须每次释放小球的位置相同,且由静止释放,以保证获得相同的初速度,故B错误,C正确;
D.因平抛运动的竖直分运动是自由落体运动,在相同时间里,位移越来越大,因此木条(或凹槽)下降的距离不应是等距的,故D错误。
7.BD 球心 需要 AB
(1)[1]AB.为了能画出平抛运动轨迹,首先保证小球做的是平抛运动,所以斜槽轨道不一定要光滑,但必须是水平的,故A错误,B正确;
C.档板只要能记录下小球下落在不同高度时的不同的位置即可,不需要等间距变化,故C错误;
D.只有让小球每次从同一位置静止释放,这样才能找到同一运动轨迹上的几个点,故D正确;
故选择:BD。
(2)[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;
[3]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)[4]A.从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹,此方案是可行的;
B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹,此方案是可行的;
C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,由于铅笔和纸之间没有压力,故不会形成运动轨迹,故C不可行;
故选:AB。
8.平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 二球相碰 平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 不是
(1)[1]在打击金属片时,A小球做平抛运动,B小球做自由落体运动,结果两球同时落地,则说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。
(2)[2]让两小球从相同的弧形轨道上以相同高度滚下,从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度。小球P做平抛运动,小球Q做匀速直线运动,故能看到P、Q相碰。
[3]当改变轨道M在竖直方向的位置时,仍能相碰,则说明平抛运动水平方向总是匀速直线运动,与抛出点的高度无关。
(3)[4]平抛运动可看成竖直方向自由落体运动与水平方向匀速直线运动的合运动,由题图3可知水平方向间距相等,则可知时间间隔相等,如果位置1是平抛运动的起点,根据初速度为零的匀变速直线运动的特点,在竖直方向上在相等的时间内位移大小之比为1:3:5:7,由图可知是1:2:3,所以1不是平抛运动的起点。
9.匀速直线运动 自由落体运动
[1]两小球恰好在水平轨道相遇,这说明两球在水平方向的运动相同,说明平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动;
[2]观察到两小球恰好在小球2初位置的正下方相遇,这说明两球在竖直方向的运动相同,即说明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。
10.AC C 4.0
(1)[1]为了保证小球做平抛运动,实验中必须保证斜槽末端水平;为了保证每次做平抛运动的初速度相同,每次应该让小球从同一高度由静止释放;小球的运动轨迹应为平滑的曲线;
故选AC。
(2)[2]小球做平抛运动,水平位移
竖直位移
因此
图像是一条过原点的直线;
故选C。
(3)[3]由
得
因此小球做平抛运动的初速度为
小球在点时竖直方向的分速度
在点的速度
11.D 0.2 2.0
(1)[1]几次实验,无论打击力大或小,还是仪器距离地面高或低,我们总能听到A、B两球同时落地,这说明平抛运动在竖直方向是自由落体运动。故D正确,ABC错误。
故选D。
(2)①[2] O点为平抛的初始位置,P点为轨迹上一点。以O点为原点,建立坐标系,时间由竖直位移决定的,根据
得
②[3]平抛的初速度
③[4]由平抛的位移规律
,
消去t得到
将求的速度和重力加速度代入可得轨迹方程为
12.ABD 3
(1)[1]A.安装斜槽轨道,使其末端保持水平,保证小球的初速度沿水平方向,故A正确;
B.每次小球应从同一高度由静止释放,这样才能使小球每次抛出时的速度大小相等,故B正确;
C.小球所受的滚动摩擦力较小,而且对之后的平抛运动没有影响,所以不必要求斜槽轨道足够光滑,故C错误;
D.应使小球的释放位置尽量高点,使小球获得较大的初速度,使其水平位移足够大,运动轨迹尽量穿过整个坐标纸,从而减小实验误差,故D正确。
故选ABD。
(2)[2]设小球从O点运动到A点用时为t1,从A点运动到B点用时为t2,则
解得
所以,小球的初速度
[3]B点的速度为