5.3实验：探究平抛运动的特点（知识小站+例题精析+课堂练兵）（word版含答案）

高中物理人教版（2019）必修第二册同步讲练测
第五章 抛体运动
5.3实验：探究平抛运动的特点
知识点1.抛体运动
1.抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况之下，物体只受重力作用，这时的运动叫作抛体运动。
2.平抛运动：初速度是沿水平方向的抛体运动。
知识点2：探究平抛运动的特点
1.实验目的：
①探究做平抛运动的物体在水平方向和竖直方向的运动规律。
②探究物体做平抛运动的轨迹。
2.探究平抛运动竖直分运动的特点
①实验条件：给出两个球A和B在同一位置，同一时刻，A球做平抛运动，B球做自由落体运动。
②实验现象：A球的运动轨迹是曲线，B球的运动轨迹是直线；A球与B球几乎同时落地。改变小球距离地面的高度，重复实验。
③实验结论：平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。
3.探究平抛运动水平方向分运动的特点：
①实验过程：两个小球做初速度相同的平抛运动，分别用描迹法描出小球的运动轨迹。
②实验结论：平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。
4.实验注意事项：
①斜槽末端的切线方向必须水平；
②木板平面竖直并且平行于小球的运动轨道平面，同时使小球的运动轨道平面靠近木板但不接触；
③坐标原点不在斜槽的末端，应在槽口上方小球的球心处。
④小球应从同一位置无初速度自由释放，以保证小球每次做平抛运动的初速度相同，从而是轨迹相同。
例1.某同学在“探究平抛运动规律”的实验中，采用频闪摄影的方法拍摄到如图所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为9.80cm，则根据图像可求得拍摄时每隔________s曝光一次，该小球的平抛初速度大小为________m/s，小球运动到图中位置3时的竖直分速度大小为________m/s(g取9.80m/s2)。
【解析】在竖直方向上，根据 Δy=L=gT2 ，解得： T=Lg=9.80×10?29.80s=0.1s ，
平抛运动的初速度为： v0=2LT=2×9.80×10?20.1m/s=1.96m/s ，
位置3竖直分速度为： vy3=5L2T=5×9.80×10?22×0.1m/s=2.45m/s 。
例2.某同学用图示装置研究平抛运动及其特点，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开．
①他观察到的现象是：小球A、B________（填“同时”或“不同时”）落地；
②让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片，A球在空中运动的时间将________（填“变长”、“不变”或“变短”）；
【解析】解：①小锤轻击弹性金属片时，A球做抛运动，同时B球做自由落体运动．通过实验可以观察到它们同时落地；②用较大的力敲击弹性金属片，则被抛出初速度变大，但竖直方向运动不受影响，因此运动时间仍不变；③上述现象说明：平抛运动的时间与初速度大小无关，且可以证明平抛运动在竖直方向上做自由落体运动．
故答案为：①相同；②不变；③初速度，自由落体．
1.在“探究平抛运动的特点”的实验中，用如图所示装置描绘轨迹。实验前，将斜槽M的末端调节水平，再将一张白纸和复写纸固定在背板上。N是可上下调节的一个水平放置的挡板，挡板与背板之间成“V”夹角。钢球飞出后落到N上，就会挤压复写纸留下痕迹。上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。关于实验过程，下列说法正确的是（?? ）
A.?钢球可以从斜槽上不同位置由静止释放
B.?重垂线只是用来检验背板是否竖直
C.?白纸固定在复写纸的外面
D.?在描出的轨迹上，从抛出点开始依次取竖直方向比值为1∶3∶5的三段位移，则对应水平方向的三段位移之比接近1∶1∶1
2.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
3.研究平抛运动的实验装置如图所示。某同学设想在小球下落的空间中选取三个竖直平面 1、2、3，平面与斜槽所在的平面垂直。小球从斜槽末端水平飞出，运动轨迹与平面 1、2、3 的交点依次为 A、B、 C。小球由 A 运动到 B，竖直位移为 y1 ， 动能的变化量为 ΔEk1 ， 速度的变化量为 Δv1；小球由 B 运动到 C，竖直位移为 y2 ， 动能的变化量为 ΔEk2 ， 速度的变化量为 Δv2。若 y1 = y2 ， 忽略空气阻力的影响，下列关系式正确的是 （ ??）
A.?ΔEk1<ΔEk2????????????????????????B.?ΔEk1=ΔEk2????????????????????????C.?Δv1<Δv2????????????????????????D.?Δv1=Δv2
4.在做“研究平抛物体的运动”实验之前，必须调整实验装置，下列操作必要且正确的是:（ ??）
A.?将斜槽的末端切线调成水平
B.?每次要平衡摩擦力
C.?在坐标纸上记录斜槽末端槽口的位置O，作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点
D.?小球每次应从斜槽不同高度释放
5.在“探究平抛物体的运动规律”的实验中，已备有下列器材：有孔的硬纸片、白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、刻度尺、铁架台、还需要的器材有 ( ?? )
A.?停表????????????????????????????????B.?天平????????????????????????????????C.?重垂线????????????????????????????????D.?弹簧测力计
参考答案
1.【答案】 D
【解析】A．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，A不符合题意；
B．重垂线的作用是确保背板与白纸是在竖直面内，B不符合题意；
C．钢球飞出后落到N上，就会挤压复写纸留下痕迹，白纸固定在复写纸的里面，C不符合题意；
D．因为平抛运动在竖直方向上做的是自由落体运动，从抛出点开始依次取竖直方向比值为1∶3∶5的三段位移，说明这三段的运动时间是相等的，而水平方向是匀速直线运动，则平方向的三段位移之比接近1∶1∶1，D符合题意。
故答案为：D。
2.【答案】 A
【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，BCD不符合题意，A符合题意，故答案为：A。
3.【答案】 B
【解析】由平抛运动的特点可知，小球在竖直方向做自由落体运动，水平方向做匀速直线运动，由于水平板竖直方向上的间距相等，故小球经过板1-2的时间大于经过板2-3的时间，由于小球做平抛运动过程中忽略空气阻力的影响，只有重力做功，根据动能定理可知：△Ek1=△Ek2
根据动量定理可知：合外力的冲量等于动量的变化，由于小球经过板1-2的时间大于经过板2-3的时间，所以△p1＞△p2
由公式 Δp=mΔv 可知， Δv1>Δv2
故答案为：B
4.【答案】 A
【解析】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符合题意；做平抛实验时需要保证每次平抛的速度都一样，对于接触面是否光滑没有要求，也不需要平滑摩擦力，故B不符合题意；在坐标纸上记录小球放在斜槽末端槽口时球心的位置O，作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点，故C不符合题意；为了保证平抛运动初速度相等，所以要求小球每次都从斜槽同一高度释放，故D不符合题意；
故答案为：A
5.【答案】 C
【解析】在做“研究平抛物体的运动”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要重锤线，确保小球抛出是在竖直面内运动.
故答案为：C。