2020高中物理 第五章 曲線運(yùn)動 第3節(jié) 實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動優(yōu)練（含解析）新人教版必修2

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1、實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動 基礎(chǔ)夯實(shí) 一、選擇題(多選題) 1．“在探究平拋物體的運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的裝置如圖所示，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)(　AB　) A．將斜槽的末端切線調(diào)成水平 B．將木板校準(zhǔn)到豎直方向，并使木板平面與小球下落的豎直平面平行 C．在白紙上記錄斜槽末端槽口的位置O，作為小球做平拋運(yùn)動的起點(diǎn)和所建坐標(biāo)系的原點(diǎn) D．測出平拋小球的質(zhì)量 解析：根據(jù)平拋運(yùn)動的特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)要求知A、B正確。 2．(2018·浙江省金華一中高一下學(xué)期檢測)在探究平拋運(yùn)動的規(guī)律時，可以選用下列各種裝置圖，以下操作合理的是(　BD　) A．選用裝置1研究平拋物體豎直分運(yùn)動，應(yīng)該用眼睛看A、B兩球是

2、否同時落地 B．選用裝置2要獲得穩(wěn)定的細(xì)水柱所顯示的平拋軌跡，豎直管上端一定要低于水面 C．選用裝置3要獲得鋼球的平拋軌跡，每次不一定要從斜槽上同一位置由靜止釋放 D．除上述裝置外，也能用數(shù)碼照相機(jī)拍攝鋼球做平拋運(yùn)動時每秒15幀的錄像獲得平拋軌跡 解析：小球下落的速度很快，運(yùn)動時間很短，用眼睛很難準(zhǔn)確判斷出小球落地的先后順序，應(yīng)聽聲音，選項(xiàng)A不合理；豎直管的上端應(yīng)低于水面，這是因?yàn)樨Q直管與空氣相通，管上端處的壓強(qiáng)始終等于大氣壓，不受瓶內(nèi)水面高低的影響，因此可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱，選項(xiàng)B正確；只有每次從同一高度由靜止釋放鋼球，鋼球做平拋運(yùn)動的初速度才相同，選項(xiàng)C錯誤；獲得每秒15幀的錄像就

3、等同于做平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)時描方格圖的方法，同樣可以探究平拋運(yùn)動的規(guī)律，選項(xiàng)D正確。 二、非選擇題 3．(1)在做“研究平拋運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)時，除了木板、小球、斜槽、鉛筆、圖釘之外，下列器材中還需要的是__C、F__。 A．游標(biāo)卡尺　　　B．秒表　　C．坐標(biāo)紙　　D．天平　 E．彈簧測力計　　F．重垂線 (2)實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(　A、C　) A．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下 B．斜槽軌道必須光滑 C．要使描出的軌跡更好地反映真實(shí)運(yùn)動，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些 D．斜槽軌道末端可以不水平 解析：(1)實(shí)驗(yàn)中需要在坐標(biāo)紙上記錄小球的位置，描繪小球的運(yùn)動軌跡，需要利用重垂線確定

4、坐標(biāo)軸的y軸。故C、F是需要的。 (2)使小球從斜槽上同一位置滑下，才能保證每次的軌跡相同，A正確；斜槽沒必要必須光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可，B錯誤； 實(shí)驗(yàn)中記錄的點(diǎn)越多，軌跡越精確，C正確；斜槽末端必須水平，才能保證小球離開斜槽后做平拋運(yùn)動，D錯誤。 4．三個同學(xué)根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)行了探究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)： (1)甲同學(xué)采用如圖甲所示的裝置。用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，同時B球被松開自由下落，觀察到兩球同時落地，改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時的速度，兩球仍然同時落地，這說明__平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動__。 (2)乙

5、同學(xué)采用如圖乙所示的裝置。兩個相同的弧形軌 道M、N分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看做與光滑的水平板相切，兩軌道上端分別裝有電磁鐵C、D；調(diào)節(jié)電磁鐵C、D的高度使AC＝BD，從而保證小鐵球P、Q在軌道末端的水平初速度v0相等?，F(xiàn)將小鐵球P、Q分別吸在電磁鐵C、D上，然后切斷電源，使兩小球能以相同的初速度v0同時分別從軌道M、N的末端射出。實(shí)驗(yàn)可觀察到的現(xiàn)象應(yīng)是__P球擊中Q球__。僅僅改變弧形軌道M的高度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，仍能觀察到相同的現(xiàn)象，這說明 __平拋運(yùn)動的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動__。 (3)丙同學(xué)采用頻閃照相法拍攝到如圖丙所示的小球做平拋運(yùn)動的照片，圖中每個小方

6、格的邊長為L＝1.25 cm，則由圖可求得拍攝時每__3.57×10－2__ s曝光一次，該小球做平拋運(yùn)動的初速度大小為__0.7__ m/s。(g＝9.8 m/s2) 解析：(1)甲圖是通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證平拋運(yùn)動的小球在豎直方向上做自由落體運(yùn)動。結(jié)論是：平拋運(yùn)動的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動。 (2)乙圖是通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證平拋運(yùn)動的小球在水平方向上做勻速直線運(yùn)動?，F(xiàn)象為：P球擊中Q球。結(jié)論是：平拋運(yùn)動的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動。 (3)丙圖是對平拋運(yùn)動的圖像進(jìn)行分析處理的考查，且設(shè)置了一個陷阱：左上角不是平拋運(yùn)動的起點(diǎn)。由豎直方向的位移之比為1∶2∶3，可判斷左上角的那點(diǎn)并不是拋出點(diǎn)

7、，所以在求解時，不能用2L＝v0t和L＝gt2直接得出答案。 因?yàn)樾∏蛟谒椒较蛏献鰟蛩僦本€運(yùn)動，在豎直方向上做自由落體運(yùn)動。所以Δy＝gT 2，即L＝gT 2，T＝＝3.57×10－2s又因?yàn)?L＝v0T，解得v0＝2，代入L、g的值得v0＝0.7 m/s。 能力提升 非選擇題 1．在做“研究平拋物體的運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球在不同時刻在空中所通過的位置，實(shí)驗(yàn)時用了如圖所示的裝置。 先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平整的木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙。將該木板豎直立于水平地面上，使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞到木板并在白紙上留下痕跡A；將木板向遠(yuǎn)離槽口平移距離

8、x，再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，小球撞在木板上得到痕跡B；又將木板向遠(yuǎn)離槽口平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，再得到痕跡C。若測得木板每次移動距離x＝10.00 cm，A、B間距離y1＝5.02 cm，B、C間距離y2＝14.82 cm。請回答以下問題(g＝9.8 m/s2) (1)根據(jù)以上直接測量的物理量來求得小球初速度的表達(dá)式為v0＝x。(用題中所給字母表示)。 (2)小球初速度的值為v0＝__1.00__m/s。 解析：由于每次移動距離x＝10.00 cm，所以小球從打A點(diǎn)到打B點(diǎn)與從打B點(diǎn)到打C點(diǎn)的時間相同，設(shè)此時間為t。由于y2－y1＝gt2，且y1＝5

9、.02 cm，y2＝14.82 cm，g＝9.8 m/s2，所以t＝＝0.1 s，故小球初速度v0＝＝x＝1.00 m/s。 2．某實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)在“研究平拋物體的運(yùn)動”實(shí)驗(yàn)中，只畫出了如圖所示的曲線，于是他在曲線上取水平距離Δx相等的三點(diǎn)A、B、C，量得Δx＝0.2 m。又量出它們之間的豎直距離分別為h1＝0.1 m，h2＝0.2 m，(g＝10m/s2)利用這些數(shù)據(jù)，可求得： (1)物體拋出時的初速度為__2__m/s； (2)物體經(jīng)過B時豎直分速度為__1.5__m/s； (3)拋出點(diǎn)距B點(diǎn)的水平距離為__0.3__m，豎直距離為__0.112_5__m。 解析：(1)由Δh

10、＝gT 2，得T＝0.1 s v0＝＝2 m/s (2)vBy＝＝1.5 m/s (3)拋出點(diǎn)距B點(diǎn)的時間t＝＝0.15 s 則拋出點(diǎn)距B點(diǎn)的水平距離 xB＝v0t＝0.3 m 豎直距離hB＝gt2＝0.112 5 m 3．做特技表演的汽車從高臺水平飛出，在空中運(yùn)動后著地。一架照相機(jī)通過多次曝光，拍攝得到汽車在著地前后一段時間內(nèi)的運(yùn)動照片如圖所示(第三個照片為汽車落地的瞬間，虛線格子為正方形)。已知汽車長度為3.6 m，相鄰兩次曝光的時間間隔相等，由照片可推算出汽車離開高臺時的瞬時速度大小為__12__m/s，高臺離地面的高度為__11.25__m。(取g＝10 m/s2)

11、 解析：由題意知，正方形的邊長為3.6 m，由照片知，在曝光的時間間隔內(nèi)，豎直位移之差Δy＝l＝3.6 m，又Δy＝gT2，所以，曝光時間T＝＝s＝0.6 s， 曝光時間內(nèi)汽車的水平位移為2l＝7.2 m 所以v0＝＝m/s＝12 m/s， 第二次曝光時汽車的豎直分速度 vy＝＝m/s＝9 m/s， 此時，汽車下落的時間t1＝＝ s＝0.9 s， 從開始到落地的總時間t2＝t1＋T＝1.5 s， 故高臺離地面的高度 h＝gt＝×10×1.52 m＝11.25 m。 4．(2019·重慶一中高一下學(xué)期月考)某物理小組的同學(xué)設(shè)計了一個研究類平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)。如圖，斜面ABCD傾角為θ，P、Q分別為AD、BC的中點(diǎn)，長為l的輕繩一端固定在P點(diǎn)，另一端固定一個可視為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為m的小球，靜止在M點(diǎn)。現(xiàn)突然給小球一個初速度，輕繩恰好被拉斷，小球沿切線方向飛出，恰好落在B點(diǎn)，重力加速度為g，則： (1)為求出小球在M點(diǎn)獲得的初速度的大小，需要測量的物理量有__MQ的長度h 、__BQ的長度x__； (2)小球在M點(diǎn)獲得的初速度大小為__x__ (用你所測量的物理量的字母及已知量表示)。 解析：設(shè)MQ的長度為h，QB的長度為x，根據(jù)類平拋運(yùn)動的規(guī)律有： h＝gsinθt2，x＝v0t 解得：v0＝＝x - 6 -