专题16-研究平抛运动-2020年高考物理必考17个实验精讲精练(解析版)

高中物理实验研究平抛运动1.2019年高考北京理综卷第21题．（18分）用如图1所示装置研究平地运动。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。a．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。b．若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则12yy______13（选填“大于”、“等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为____________（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。（3）为了得到平抛物体的运动轨迹，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（4）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，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_________。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（5）牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因。【答案】21．（18分）（1）BD（2）a．球心需要b．大于21gxyy（3）AB（4）B（5）物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力——重力，做平抛运动；随着物体初速度增大，运动范围变大，引力不能再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成为地球卫星。【解析】（1）斜槽末段水平保证钢球平抛。（2）b．212gTy-y，所以gT12y-y，120yygxTxv2.浙江新高考（2019年4月）第17题．（5分）采用如图1所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验（1）实验时需要下列哪个器材A．弹簧秤B．重锤线C．打点计时器（2）做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹。下列的一些操作要求，正确的是（多选）A．每次必须由同一位置静止释放小球B．每次必须严格地等距离下降记录小球位置C．小球运动时不应与木板上的白纸相接触D．记录的点应适当多一些（3）若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如图2所示的频闪照片。在测得x1，x2，x3，x4后，需要验证的关系是。已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是A．B．C．D．【答案】（1）B(2)ACD（3）x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1D【解析】（3）相对误差=测量值真实值测量值-%100，同一把尺子测量，读数误差是相同的，测量值越大，分母越大，相对误差就越小。练习题1.在做“研究平抛运动”的实验时，坐标纸应当固定在竖直的木板上，下列图中所示坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是()A．B.C．D．1.【答案】C【解析】斜槽末端水平且与坐标值连接。2.描述做平抛运动的物体在竖直方向上的速度vy(取向下为正)随时间变化的图象是图中的()A．B．C．D．2.【答案】D【解析】平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，竖直方向上的速度随时间的关系为gtvy，是正比例函数，故选项D正确.3.如图所示，在粗糙水平桌面上用练习本做成一个斜面，使小钢球从斜面上某一位置滚下，钢球沿桌面飞出后做平抛运动.用刻度尺测出下列哪一组数据可以求出钢球离开水平桌面时的速度()A．钢球在练习本上滚下的距离、钢球释放点离桌面的高度B．水平桌面的高度、钢球落地点与桌边的水平距离C．钢球释放点离桌面的高度、钢球在水平桌面上运动的距离D．钢球释放点离桌面的高度、钢球落地点与桌边的水平距离3.【答案】B【解析】钢球沿桌面飞出后做平抛运动，根据平抛运动规律得y＝gt2，x＝v0t，联立解得v0＝ygx2，故要求出钢球离开水平桌面时的速度，需测量水平桌面的高度y、钢球落地点与桌边的水平距离x，B项正确.4.在“研究平抛运动”实验中.(1)图是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________.A.球心B.球的上端C.球的下端在此实验中，下列说法正确的是________.A.斜槽轨道必须光滑B.记录的点应适当多一些C.用光滑曲线把所有的点连接起来D.y轴的方向根据重锤线确定(2)下图是利用上图装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________.A.释放小球时初速度不为0B.释放小球的初始位置不同C.斜槽末端切线不水平(3)下图是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是()A.B.C.4.【答案】(1)BBD(2)C(3)B【解析】（1）因为其他点是球的上端，所以第一个点也应该是球的上端。Y轴是竖直方向，所以用重垂线。（2）斜上抛运动，斜槽末端切线不水平。（3）要有排气管。5.如图甲是研究平抛运动的实验装置图，图乙是实验后在白纸上作的图.(1)在甲图上标出O点及Ox、Oy轴，并说明这两条坐标轴是如何作出的.(2)固定斜槽轨道时应注意使________________________________________________.(3)实验过程中需经过多次释放小球才能描绘出小球平抛运动的轨迹，实验中应注意________________________________________________________________________.(4)计算小球平抛初速度的公式v0＝________，根据图乙给出的数据，可计算出v0＝______m/s.(g取9.8m/s2)5.【答案】(1)见解析(2)底端切线沿水平方向(3)使小球每次都从同一高度处无初速度滚下(4)xx2g1.6【解析】(1)如图所示，在斜槽末端小球球心在白纸上的投影为O点，从O点开始作平行于重垂线向下的直线为Oy轴，再垂直于Oy作Ox轴.(2)为了保证小球离开斜槽时的速度沿水平方向，应调整斜槽使底端切线沿水平方向.(3)为了保证小球每次做平抛运动的轨迹一致，要求它的初速度相同，故每次都让小球从斜槽的同一高度处无初速度滚下.(4)由于x＝v0t，y＝gt2，故初速度v0＝xx2g，根据图乙给出的数据，可计算出v0＝1.6m/s.6.如图甲所示，AB是一可升降的竖直支架，支架顶端A处固定一弧形轨道，轨道末端水平．一条形木板的上端铰接于过A的水平转轴上，下端搁在水平地面上．将一小球从弧型轨道某一位置由静止释放，小球落在木板上的某处，测出小球平抛运动的水平射程x和此时木板与水平面的夹角θ，并算出tanθ.改变支架AB的高度，将小球从同一位置释放，重复实验，得到多组x和tanθ，记录的数据如下表：(1)在图乙的坐标中描点连线，做出x－tanθ的关系图象；(2)根据x－tanθ图象可知小球做平抛运动的初速度v0＝_______m/s；实验中发现θ超过60°后，小球将不会掉落在斜面上，则斜面的长度为______m(重力加速度g取10m/s2)；(3)实验中有一组数据出现明显错误，可能的原因是__________________________________________________.6.【答案】(1)如图所示：(2)1.0(0.96～1.04)0.69(0.65～0.73)(3)小球释放位置与其他次实验不同(低于其他次实验)【解析】(1)x－tanθ的关系图象如图所示：(2)根据tanθ＝得：t＝，则水平射程为：x＝v0t＝.可知图线的斜率k＝，k＝≈0.2，解得：v0＝＝m/s＝1.0m/s.当θ＝60°时，有t＝＝s，则斜面的长度为：s＝＝m≈0.69m.(3)实验中有一组数据出现明显错误，由图可知，水平射程偏小，由x＝v0t＝知，初速度偏小，即小球释放位置低于其他次实验．7.未来在一个未知星球上用如图(a)所示装置研究平抛运动的规律．悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出作平抛运动．现对小球的平抛运动采用频闪数码照相机连续拍摄．在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在作平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图(b)所示．a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10s，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4，则：(1)由以上信息，可知a点______(填“是”或“不是”)小球的抛出点；(2)由以上信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为______m/s2(3)由以上信息可以算出小球平抛的初速度是______m/s；(4)由以上信息可以算出小球在b点时的速度是_____m/s.7.【答案】(1)是(2)8(3)0.8(4)【解析】(1)因为竖直方向上相等时间内的位移之比为1∶3∶5∶7，知a点的竖直分速度为零，a点为小球的抛出点．(2)竖直方向上有：Δy＝2L＝gT2，解得g＝＝m/s2＝8m/s2.(3)小球平抛运动的初速度v0＝＝m/s＝0.8m/s.(4)b点竖直方向上的分速度vyb＝＝m/s＝0.8m/s.则vb＝＝0.8m/s＝m/s.8.(1)在做“研究平抛运动”的实验时，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．调节斜槽使其末端保持水平B．每次释放小球的位置可以不同C．每次必须由静止释放小球D．记录小球位置用的铅笔每次必须严格地等距离下降E．小球运动时不应与木板上的白纸相接触F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线(2)一个同学在《研究平抛物体的运动》实验中，只画出了如图所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离相等的三点A、B、C，量得Δs＝0.2m．又量出它们之间的竖直距离分别为h1＝0.1m，h2＝0.2m，利用这些数据，可求得：(g＝10m/s2)①物体抛出时的初速度为_______m/s②物体经过B时速度为________m/s.8.【答案】(1)ACE(2)2.02.5【解析】(1)A、为了保证小球的初速度水平，应调节斜槽的末端水平，故A正确．B、为了保证小球的初速度相等，每次从斜槽的同一位置由静止释放小球，故B错误，C正确．D、记录小球位置用的铅笔不需要严格地等距离下降，故D错误．E、小球在运动时不能与木板上的白纸接触，防止由于摩擦改变小球的运动轨迹，故E正确．F、将球的位置记录在纸上后，取下纸，用平滑的曲线连接，故F错误．故选：ACE.(2)在竖直方向上，根据h2－h1＝gT2得：T＝＝s＝0.1s，则物体平抛运动的初速度为：v0＝＝m/s＝2.0m/s.B点的竖直分速度为：vyB＝＝m/s＝1.5m/s，根据平行四边形定则知，B点的速度为：vB＝＝m/s＝2.5m/s.9.“探究平抛运动的规律”的实验中，用一张