2020版高考物理一轮复习+实验4研究平抛运动夯基提能作业本

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实验4　研究平抛运动 ‎1.在做“研究平抛运动”实验时,某同学利用实验探究平抛运动在水平方向的运动规律。‎ ‎(1)除了木板、重垂线、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标纸之外,在如图所示的器材中还需要的是　　　　。 ‎ ‎(2)(多选)实验中,下列说法正确的是　　　　。 ‎ A.斜槽轨道必须光滑 B.斜槽轨道末端必须水平 C.每次必须由静止释放小球 D.每次小球释放的位置必须相同 答案　(1)D　(2)BCD 解析　(1)在做“研究平抛运动”实验时,除了木板、重垂线、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标纸之外,还需要刻度尺,便于测量小球的位移。‎ ‎(2)该实验要求小球每次抛出的初速度要相同,因此要每次将小球从同一位置由静止释放,斜槽轨道是否光滑对实验结果没有影响,A错误,C、D正确;实验中必须保证小球做平抛运动,而平抛运动要求有水平初速度且只受重力作用,所以斜槽轨道末端必须要水平,B正确。‎ ‎2.在做“探究平抛运动规律”的实验时,让小球多次沿同一轨道运动,为了能较准确地描出运动轨迹,‎ A.通过调节使斜槽末端的切线保持　　　　; ‎ B.每次释放小球的位置必须　　　　(选填“相同”或者“不同”); ‎ C.每次必须由　　　　释放小球(选填“运动”或者“静止”); ‎ D.小球运动时不能与木板上的白纸相接触;‎ E.将小球的位置记录在纸上后,取下纸,将点连成　　　　　(选填“折线”“直线”或“光滑曲线”)。 ‎ 答案　水平　相同　静止　光滑曲线 解析　为了保证小球的初速度水平,要通过调节使斜槽末端切线保持水平;为了保证每次小球做平抛运动的初速度相等,应每次从斜槽的同一位置由静止释放小球;将球的位置记录在纸上后,取下纸,将点连成光滑曲线。‎ ‎3.(1)(多选)在做“研究平抛运动”的实验时,让小球多次沿同一轨道运动,通过描点法画出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.要保证小球运动时不与木板上的白纸相接触 F.斜槽必须是光滑的,以免小球受到摩擦力的作用 ‎(2)作出平抛运动的轨迹后,为求出其初速度,实验中需测量的数据有　　　　和　　　　。其初速度的表达式为v0=　　　　。 ‎ 答案　(1)ACE　(2)小球从原点到某位置的水平位移x　从原点到该位置的竖直位移y　xg‎2y 解析　(1)要保证每次抛出时的速度相等,应使小球每次从斜槽上相同的位置由静止滑下并且斜槽轨道末端必须保持水平,至于摩擦力不会影响这个结果,记录小球位置用的铅笔每次没必要严格地等距离下降,小球运动时应避免与纸面发生摩擦。所以选A、C、E。‎ ‎(2)要求初速度,则需知道小球从原点到某位置的水平位移x以及从原点到该位置的竖直位移y,v0=xg‎2y。‎ ‎4.(1)(多选)在探究平抛运动的规律时,可以选用如图所示的各种装置,以下说法正确的是　　　 ‎ A.选用装置1研究平抛物体竖直分运动,应该保证A、B两球同时开始运动 B.选用装置2时,要获得稳定细水柱所显示的平抛轨迹,竖直管上端A一定要低于水面 C.选用装置3时,要获得钢球的平抛轨迹,不一定要每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球 D.除上述装置外,也能用频闪照相机连续拍摄钢球做平抛运动时的照片,获得平抛轨迹 ‎(2)某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时,让小球做平抛运动,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,已知每个小方格边长9.8 cm,当地的重力加速度g=9.8 m/s2。‎ ‎①若以第一次拍摄到的小球所处位置为坐标原点,水平向右和竖直向下为平面直角坐标系的正方向,则没有被拍摄到的小球(在图中没有方格的区域内)位置坐标为　　　　用图中格数表示坐标,比如图中标记为2的小球坐标为:(2,1))。 ‎ ‎②小球平抛运动的初速度大小为　　　　m/s。 ‎ 答案　(1)ABD　(2)①(6,6)　②1.96‎ 解析　(1)选用装置1研究平抛物体竖直分运动,只有保证A、B两球是同时开始运动,同时落地,才能证明平抛的竖直分运动是自由落体运动,A正确;选用装置2时,要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹,就要保持喷口处的压强不变,所以要求竖直管上端A一定要低于水面,B正确;选用装置3时,要获得钢球的平抛轨迹,一定要每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球,以保证每次小球的抛出速度相同,C错误;除上述装置外,用频闪照相机连续拍摄钢球做平抛运动时的照片,也可以获得平抛运动的轨迹,D正确。故选A、B、D。‎ ‎(2)①观察图像可知,在曝光的周期内,小球在水平方向匀速运动两个单位长度,所以可得出横坐标为x=6l0;小球在竖直方向做匀变速运动,由匀变速直线运动的规律可知,在连续相等的时间间隔内位移差值相等,可求得被遮住的点与第3点竖直方向的距离为h=3l0,所以纵坐标为y=(1+2+3)l0=6l0,故没有被拍摄到的小球位置坐标为(6,6)。‎ ‎②小球在竖直方向做匀变速运动,可得Δh=gT2,可求得T=0.1 s,所以小球平抛运动的初速度大小为v0=‎2‎l‎0‎T=1.96 m/s。‎ ‎5.在探究平抛运动的规律时,可以选用下列各种装置进行研究。‎ ‎(1)图1的实验现象是　　　　　　　　。该现象说明平抛运动　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)图2是为了获得稳定细水柱来显示平抛运动轨迹,其中能获得稳定细水柱的过程应该是水面从开始位置一直降到竖直细管　　　　(填“A”或“B”)处。 ‎ ‎(3)图3是在实验室内研究平抛运动的装置。为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨迹一定,应每次都让小球从斜槽上　　　　位置由　　　　滚下。 ‎ ‎(4)图4是采用频闪摄影的方法拍摄到的“小球做平抛运动”的照片。背景标尺每小格边长均表示5 cm,则由图可求得拍摄时每　　　　s曝光一次,平抛运动的初速度为　　　　m/s,已知重力加速度为10 m/s2。 ‎ 答案　(1)两小球总是同时落地　竖直分运动是自由落体运动　(2)A　(3)同一　静止　(4)0.1　1‎ 解析　(1)装置图1是研究平抛物体竖直分运动的装置,观察实验发现两小球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。‎ ‎(2)图2是为了获得稳定的细水柱来显示平抛运动轨迹,其中能获得稳定细水柱的过程应该是水面从开始位置一直降到竖直细管A处,这是因为:竖直管与大气相通,为外界大气压强,保证竖直管上出口处的压强为大气压强,因而另一出水管的上端口处压强与竖直管上出口处的压强有恒定的压强差,保证另一出水管出水压强恒定,从而水速度恒定,减少实验误差;‎ ‎(3)图3是在实验室内研究平抛运动的装置。为了保证钢球每次抛出后在空中做平抛运动的轨迹一定,应每次都让小球从斜槽上同一位置由静止滚下,保证初速度相同,从而保证轨迹一定。‎ ‎(4)设每次曝光时间间隔为T,在竖直方向有Δy=aT2,‎ 可得2L=gT2,则T=0.1 s;‎ 在水平方向有v0=xT=‎2LT=1 m/s。‎ ‎6.“研究平抛运动”实验的装置如图甲所示。钢球从斜槽上滚下,经过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在小球运动轨迹的某处用带孔的卡片接小球,使球恰好从孔中央通过而不碰到边缘,然后对准孔中央在白纸上记下一点。通过多次实验,在竖直白纸上记录钢球所经过的多个位置,用平滑曲线连起来就得到钢球做平抛运动的轨迹。‎ ‎(1)实验所需的器材有:白纸、图钉、木板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片,除此之外还需要的一项器材是　　　 ‎ A.天平　　　　　B.秒表　　　　　C.刻度尺 ‎(2)在此实验中,小球与斜槽间有摩擦　　　　(选填“会”或“不会”)使实验的误差增大;如果斜槽末端到小球落地点的高度相同,小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,那么小球每次在空中运动的时间　　　　(选填“相同”或“不同”)。 ‎ ‎(3)在实验中,在白纸上建立直角坐标系的方法是:使斜槽末端的切线水平,小球在槽口时,在白纸上记录球的重心在竖直木板上的水平投影点O,作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点,接下来应该选择的步骤是　　　 ‎ A.利用悬挂在槽口的重垂线画出过O点向下的竖直线为y轴,取下白纸,在纸上画出过O点,与y轴垂直、方向向右的直线为x轴。‎ B.从O点向右作出水平直线为x轴,取下白纸,在纸上画出过O点,与x轴垂直、方向向下的直线为y轴。‎ ‎(4)如图乙所示是在实验中记录的一段轨迹。已知小球是从原点O水平抛出的,经测量A点的坐标为(40 cm,20 cm),g取10 m/s2,则小球平抛的初速度v0=　　　　m/s,若B点的横坐标为xB=60 cm,则B点纵坐标为yB=　　　 m。 ‎ ‎(5)一同学在实验中采用了如下方法:如图丙所示,斜槽末端的正下方为O点。用一块平木板附上复写纸和白纸,竖直立于正对槽口前的O1处,使小球从斜槽上某一位置由静止滚下,小球撞在木板上留下痕迹A。将木板向后平移至O2处,再使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,小球撞在木板上留下痕迹B。O、O1间的距离为x1,O、O2间的距离为x2,A、B间的高度差为y。则小球抛出时的初速度v0为　　　　。 ‎ ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ A.‎(x‎2‎‎2‎-x‎1‎‎2‎)g‎2y B.‎(x‎2‎‎2‎+x‎1‎‎2‎)g‎2y C.x‎2‎‎+‎x‎1‎‎2‎g‎2y D.‎x‎2‎‎-‎x‎1‎‎2‎g‎2y 答案　(1)C　(2)不会　相同　(3)A　(4)2　0.45　(5)A 解析　(1)实验所需器材有白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片,还需要刻度尺测小球在水平方向和竖直方向运动的距离,故C正确。‎ ‎(2)在实验中保证小球到达斜槽末端的速度相同即可,小球与斜槽间有无摩擦对实验结果不会产生影响;小球做平抛运动的高度相同,由t=‎2hg可知小球每次在空中运动时间相同。‎ ‎(3)应先利用重垂线作出竖直方向的y轴,取下白纸,在纸上画出过O点,与y轴垂直、方向向右的直线为x轴,故A正确。‎ ‎(4)根据平抛运动规律有:t=‎2hg=‎2×0.2‎‎10‎ s=0.2 s,v0=xt=‎0.4‎‎0.2‎ m/s=2 m/s;根据B点的横坐标可得t=‎0.6‎‎2‎ s=0.3 s,所以B点纵坐标yB=‎1‎‎2‎gt2=‎1‎‎2‎×10×0.32 m=0.45 m。‎ ‎(5)根据平抛运动规律可知:‎ 小球打在A点时:x1=v0t1,h1=‎1‎‎2‎gt‎1‎‎2‎ 小球打在B点时,x2=v0t2,h2=‎1‎‎2‎gt‎2‎‎2‎ 由题意可知,h2-h1=y 由以上各式解得:v0=‎(x‎2‎‎2‎-x‎1‎‎2‎)g‎2y,故A正确。‎ ‎7.在“研究平抛物体的运动规律”的实验中:‎ ‎(1)在安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须水平,这样做的目的是　　　 ‎ A.保证小球飞出时速度既不太大,也不太小 B.保证小球飞出时初速度水平 C.保证小球在空中运动的时间每次都相等 D.保证小球的运动轨迹是一条抛物线 ‎(2)(多选)如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,则下列说法中正确的是　　　　。 ‎ A.小球平抛的初速度不同 B.小球每次的运动轨迹不同 C.小球在空中运动的时间均不同 D.小球通过相同的水平位移所用时间可能相同 ‎(3)研究平拋物体运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L=1.6 cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示,则小球平抛运动的初速度的计算式为v0=　　　　(用L、g表示),小球在b点的速率为　　　　m/s。(保留两位有效数字,g取10 m/s2) ‎ 答案　(1)B　(2)AB　(3)2gL　1.0‎ 解析　(1)在安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须水平,这样做的目的是保证小球飞出时初速度水平,故选B。‎ ‎(2)如果小球每次从斜槽滚下的初始位置不同,则小球到达斜槽末端的速度不同,小球平抛的初速度不同,小球每次的运动轨迹也就不同,故选A、B。‎ ‎(3)设相邻两点间的时间间隔为T;‎ 竖直方向:2L-L=gT2‎ 得:T=Lg=‎0.016‎‎10‎ s=0.04 s 水平方向:v0=‎2LT=2‎gL 代入数据解得:v0=2‎10×0.016‎ m/s=0.80 m/s b点竖直方向分速度 vy=L+2L‎2T=‎3L‎2T=‎3×0.016‎‎2×0.04‎ m/s=0.6 m/s;‎ b点的速率vb=v‎0‎‎2‎‎+‎vy‎2‎=‎0.‎8‎‎2‎+0.‎‎6‎‎2‎ m/s=1.0 m/s。‎