專題16 研究平拋運動-2020年高考物理必考17個實驗精講精練(解析版)

1、高中物理實驗研究平拋運動1.2019年高考北京理綜卷第21題（18分）用如圖1所示裝置研究平地運動。將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側面會在白紙上擠壓出一個痕跡點。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復，白紙上將留下一系列痕跡點。硬板白紙重錘線（1）下列實驗條件必須滿足的有。斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末段水平C.擋板高度等間距變化D每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球（2）為定量研究，建立以水平方向為X軸、豎直方向為y軸的坐標系。取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的（

2、選填“最上端”、“最下端”或者“球心”）對應白紙上的位置即為原點；在確定y軸時（選填“需要”或者“不需要”）y軸與重錘線平行。若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖2所示，在軌跡上取A、B、C三點，AB和BC的水平間距相等且均為x.測得AB和BC的豎直間距分別是y和y2,則?。ㄟx填“大于”、“等于”或者“小于”）?？汕蟮娩撉蚱綊伒某跛俣却笮。ㄒ阎?shù)刂亓铀俣葹間,結果用上述字母表示）。為了得到平拋物體的運動軌跡，同學們還提出了以下三種方案，其中可行的。從細管水平噴出穩(wěn)定的細水柱，拍攝照片，即可得到平拋運動軌跡用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時刻的位置，平滑連接各位置

3、，即可得到平拋運動軌跡將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以一定初速度水平拋出，將會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡伽利略曾研究過平拋運動，他推斷：從同一炮臺水平發(fā)射的炮彈，如果不受空氣阻力，不論它們能射多遠，在空中飛行的時間都一樣。這實際上揭示了平拋物體。在水平方向上做勻速直線運動在豎直方向上做自由落體運動在下落過程中機械能守恒牛頓設想，把物體從高山上水平拋出，速度一次比一次大，落地點就一次比一次遠，如果速度足夠大，物體就不再落回地面，它將繞地球運動，成為人造地球衛(wèi)星。同樣是受地球引力，隨著拋出速度增大，物體會從做平拋運動逐漸變?yōu)樽鰣A周運動，請分析原因?！敬鸢浮?1.(18分)(

4、1)BD(2)a.球心需要b.大于JJy2人(3)AB(4)B(5)物體初速度較小時，運動范圍很小，引力可以看作恒力重力，做平拋運動；隨著物體初速度增大，運動范圍變大，引力不能再看作恒力；當物體初速度達到第一宇宙速度時，做圓周運動而成為地球衛(wèi)星。解析】(1)斜槽末段水平保證鋼球平拋。(2)b.y2-yi二gT2，所以T=J兒yx1,v=x-g0Ty-y212.浙江新高考（2019年4月）第17題.（5分）采用如圖1所示的實驗裝置做“研究平拋運動”的實驗（1）實驗時需要下列哪個器材彈簧秤B.重錘線C.打點計時器第17題圖1（2）做實驗時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫出小球平拋運動的軌跡

5、。下列的一些操作要求，正確的是（多選）每次必須由同一位置靜止釋放小球每次必須嚴格地等距離下降記錄小球位置小球運動時不應與木板上的白紙相接觸記錄的點應適當多一些（3）若用頻閃攝影方法來驗證小球在平拋過程中水平方向是勻速運動，記錄下如圖2所示的頻閃照片。在測得x1,x2,x3,x4后，需要驗證的關系。已知頻閃周期為T,用下列計算式求得的水平TOC o 1-5 h z123x4A.B.C.D.疋【答案】(1)B(2)ACD(3)x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1D解析】（3）相對誤差=I測量值-真實值II測量值IIX100%,同一把尺子測量，讀數(shù)誤差是相同的，測量值越大,分母越大，相對誤差就越

6、小。練習題1在做“研究平拋運動”的實驗時，坐標紙應當固定在豎直的木板上，下列圖中所示坐標紙的固定情況與斜槽末端的關系正確的是（）【答案】C【解析】斜槽末端水平且與坐標值連接。描述做平拋運動的物體在豎直方向上的速度vy（取向下為正）隨時間變化的圖象是圖中的（）2.【答案】D【解析】平拋運動在豎直方向上的分運動是自由落體運動，豎直方向上的速度隨時間的關系vy二gt，是正比例函數(shù)，故選項D正確.3如圖所示，在粗糙水平桌面上用練習本做成一個斜面，使小鋼球從斜面上某一位置滾下，鋼球沿桌面飛出后做平拋運動用刻度尺測出下列哪一組數(shù)據(jù)可以求出鋼球離開水平桌面時的速度（）A鋼球在練習本上滾下的距離、鋼球釋放點離

7、桌面的高度B水平桌面的高度、鋼球落地點與桌邊的水平距離C鋼球釋放點離桌面的高度、鋼球在水平桌面上運動的距離D鋼球釋放點離桌面的高度、鋼球落地點與桌邊的水平距離【答案】B【解析】鋼球沿桌面飛出后做平拋運動，根據(jù)平拋運動規(guī)律得gt2,x=vt,聯(lián)立解得v=xg00i2y故要求出鋼球離開水平桌面時的速度，需測量水平桌面的高度y、鋼球落地點與桌邊的水平距離x，B項正確.4在“研究平拋運動”實驗中.TOC o 1-5 h z圖是橫擋條卡住平拋小球，用鉛筆標注小球最高點，確定平拋運動軌跡的方法，坐標原點應選小球在斜槽末端點時的.A.球心B.球的上端C.球的下端在此實驗中，下列說法正確的是.A.斜槽軌道必須

8、光滑B.記錄的點應適當多一些C.用光滑曲線把所有的點連接起來D.y軸的方向根據(jù)重錘線確定下圖是利用上圖裝置拍攝小球做平拋運動的頻閃照片，由照片可判斷實驗操作錯誤的，O釋放小球時初速度不為0釋放小球的初始位置不同斜槽末端切線不水平下圖是利用穩(wěn)定的細水柱顯示平拋運動軌跡的裝置，其中正確的是()【答案】(1)BBD(2)C(3)B【解析】(1)因為其他點是球的上端，所以第一個點也應該是球的上端。Y軸是豎直方向，所以用重垂線。斜上拋運動，斜槽末端切線不水平。要有排氣管。如圖甲是研究平拋運動的實驗裝置圖，圖乙是實驗后在白紙上作的圖在甲圖上標出0點及Ox、Oy軸，并說明這兩條坐標軸是如何作出的.固定斜槽軌

9、道時應注意使.實驗過程中需經(jīng)過多次釋放小球才能描繪出小球平拋運動的軌跡，實驗中應注意計算小球平拋初速度的公式v=，根據(jù)圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v=m/s.(g取9.800m/s2)5.【答案】(1)見解析底端切線沿水平方向使小球每次都從同一高度處無初速度滾下x”2X1-6【解析】(1)如圖所示，在斜槽末端小球球心在白紙上的投影為0點，從0點開始作平行于重垂線向下的直線為Oy軸，再垂直于Oy作Ox軸.為了保證小球離開斜槽時的速度沿水平方向，應調整斜槽使底端切線沿水平方向為了保證小球每次做平拋運動的軌跡一致，要求它的初速度相同，故每次都讓小球從斜槽的同一高度處無初速度滾下.由于汁叮，+gt2,故初

10、速度vo=x2X根據(jù)圖乙給出的數(shù)據(jù)，可計算出v0=1.6m/s.6如圖甲所示，AB是一可升降的豎直支架，支架頂端A處固定一弧形軌道，軌道末端水平.一條形木板的上端鉸接于過A的水平轉軸上，下端擱在水平地面上.將一小球從弧型軌道某一位置由靜止釋放，小球落在木板上的某處，測出小球平拋運動的水平射程x和此時木板與水平面的夾角Q，并算出tan改變支架AB的高度，將小球從同一位置釋放，重復實驗，得到多組x和tan，記錄的數(shù)據(jù)如下表：實驗次數(shù)1234tanfl0,180.320,691LOO1.191.430.0350.06561400.1600,2400.290在圖乙的坐標中描點連線，做出xtand的關系

11、圖象;根據(jù)xtan。圖象可知小球做平拋運動的初速度v=m/s；實驗中發(fā)現(xiàn)Q超過60。后，小球將0不會掉落在斜面上，則斜面的長度為m(重力加速度g取10m/s2)；實驗中有一組數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯錯誤，可能的原因是6.【答案】(1)如圖所示:小球釋放位置與其他次實驗不同(低于其他次實驗)【解析】(1)xtan。的關系圖象如圖所示:2鞏tan8根據(jù)tan。=2_得：,則水平射程為：x=v0七=壬0.2X10.m/s=1.0m/s.k=0.2，解得：v0=可知圖線的斜率k=-當。=60時，有t=s，則斜面的長度為：=土m0.69m.實驗中有一組數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯錯誤，由圖可知，水平射程偏小，由X=篤空知，初速度偏

12、小，即小球釋放位置低于其他次實驗未來在一個未知星球上用如圖(a)所示裝置研究平拋運動的規(guī)律.懸點0正下方P點處有水平放置的熾熱電熱絲，當懸線擺至電熱絲處時能輕易被燒斷，小球由于慣性向前飛出作平拋運動.現(xiàn)對小球的平拋運動采用頻閃數(shù)碼照相機連續(xù)拍攝.在有坐標紙的背景屏前，拍下了小球在作平拋運動過程中的多張照片，經(jīng)合成后，照片如圖(b)所示.a、b、c、d為連續(xù)四次拍下的小球位置，已知照相機連續(xù)拍照的時間間隔是0.10S,照片大小如圖中坐標所示，又知該照片的長度與實際背景屏的長度之比為1：4,貝y：由以上信息，可知a點(填“是”或“不是”)小球的拋出點；TOC o 1-5 h z由以上信息，可以推算

13、出該星球表面的重力加速度為m/s2由以上信息可以算出小球平拋的初速度是m/s；由以上信息可以算出小球在b點時的速度是m/s.7.【答案】是(2)8(3)0.8亠丫【解析】(1)因為豎直方向上相等時間內的位移之比為1：3：5：7,知a點的豎直分速度為零，a點為小球的拋出點.2LO.Q8(2)豎直方向上有：Ay=2L=gT2，解得g=r=計；.m/s2=8m/s2.小球平拋運動的初速度v0=黔m/s=0.8m/s.40.16b點豎直方向上的分速度Vyb=6Fm/s=0.8m/s.則v二勒農于痔=0.8-m/s=-m/s.b5&(1)在做“研究平拋運動”的實驗時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法

14、畫小球做平拋運動的軌跡為了能較準確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認為正確的選項前面的字母填在橫線上調節(jié)斜槽使其末端保持水平每次釋放小球的位置可以不同每次必須由靜止釋放小球記錄小球位置用的鉛筆每次必須嚴格地等距離下降小球運動時不應與木板上的白紙相接觸將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折線(2)個同學在研究平拋物體的運動實驗中，只畫出了如圖所示的一部分曲線，于是他在曲線上取水平距離相等的三點A、B、C,量得As=0.2m.又量出它們之間的豎直距離分別為h=0.1m,h=0.2m,利12用這些數(shù)據(jù)，可求得：(g=10m/s2)物體拋出時的初速度為m/s物體經(jīng)過B時速度為m/

15、s.【答案】(1)ACE(2)2.02.5【解析】(1)A、為了保證小球的初速度水平，應調節(jié)斜槽的末端水平，故A正確.B、為了保證小球的初速度相等，每次從斜槽的同一位置由靜止釋放小球，故B錯誤，C正確.D、記錄小球位置用的鉛筆不需要嚴格地等距離下降，故D錯誤.E、小球在運動時不能與木板上的白紙接觸，防止由于摩擦改變小球的運動軌跡，故E正確.F、將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用平滑的曲線連接，故F錯誤.故選：ACE.屁二hi/O2*0J(2)在豎直方向上，根據(jù)耳一h=gT2得：T=f_口-=寸s=0.1s，一、Aj0.2則物體平拋運動的初速度為：v0rm/s=2.0m/s.B點的豎直分速度為：

16、v%=J。F衛(wèi)m/s=1.5m/s，根據(jù)平行四邊形定則知，B點的速度為：Vb=寸応*蔬=屮*2.站m/s=2.5m/s.“探究平拋運動的規(guī)律”的實驗中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，在方格紙上建立如圖所示的坐標系，小方格的邊長L=6.4cm，若小球在平拋運動實驗中記錄了幾個位置如圖中的a、b、c、d、e所示.(g=10m/s2)TOC o 1-5 h z圖示的幾個位置中，明顯有問題的是;小球平拋的初速度為m/s;小球經(jīng)過位置b的速度為m/s.【答案】(1)d(2)1.6(3)2.0【解析】(1)平拋運動的軌跡為拋物線，根據(jù)各點的位置可知d點明顯不在拋物線軌跡上.平拋運動水平方向可看成勻速直線運

17、動，根據(jù)圖象可知xb=xb，再由x=vt,可知tb=tb,設tb=tbabbc0abbcabbc=t，平拋運動豎直方向可看成自由落體運動，由于a點不是平拋運動的初始點，所以在豎直方向上用yb0bcyab=gt.，解得t0=、右=0.08s，v0；.=1-6m/s-lb3E設小球在b點的豎直分速度為人，小球從a到c,在豎直方向上有。=亦=五；;=1.2m/s，勻變速直線運動在某段時間內的平均速度等于該段時間內時間中點的瞬時速度，即人=不=1.2m/s，所以小球在b點的速度vEJ：=2.0m/s.b如圖甲，某同學設計了一個研究平拋運動的實驗裝置，在水平桌面上放置一個斜面，讓鋼球從斜面上由靜止?jié)L下，

18、鋼球滾過桌邊后便做平拋運動，在鋼球拋出后經(jīng)過的地方放置一塊水平木板，木板由支架固定成水平，木板所在高度可通過豎直標尺讀出，木板可以上下自由調節(jié)，在木板上固定一張白紙，該同學在完成裝置安裝后進行了如下步驟的實驗：:屮實驗前在白紙上畫一條直線，并在線上標出a、b、c三點，且ab=bc,如圖乙量出ab長度L=20.00cm.讓鋼球從斜面上的某一位置由靜止?jié)L下，調節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中a點，記下此時木板離地面的高度h=90.00cm.1讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調節(jié)木板高度，使得鋼球正好擊中b點，記下此時木板離地面的高度h=80.00cm.2讓鋼球從斜面上的同一位置由靜止?jié)L下，調節(jié)木板

19、高度，使得鋼球正好擊中c點，記下此時木板離地面的高度h=60.00cm.3則該同學由上述測量結果即可粗測出鋼球的平拋初速度大小V=m/s，鋼球擊中b點時其速度大小為0vb=m/s（空氣阻力不計）.b【答案】22.5【解析】鋼球從a到b和b到c的時間相等，擊中ab時木板的豎直距離為y=10cm，擊中bc時木板的1、fKhOA一、豎直距離為y2=20cm，根據(jù)Ah=gT2得，T=寸肓=而s=0.1s,則鋼球平拋運動的初速度習=yy-貢m/s=2m/s，擊中b點時鋼球的豎直分速度Vyb=i2=m/s=1.5m/s，根據(jù)平行四邊形定T則知，鋼球擊中b點的速度大小v=：十：；=-i*kn【答案】水平相同

20、靜止光滑曲線(2)2m/s(-20,-5)【解析】(1)因為平拋運動的初速度方向沿水平方向，所以一定要使得斜槽的末端保持水平，為了保證小球做平拋運動的初速度相同，所以每次釋放小球的位置必須相同，當將球的位置記錄在紙上后，取下紙，將點連成光滑曲線.(2)做平拋運動的物體在豎直方向上，是初速度為零的勻加速直線運動，所以根據(jù)逐差法Ay=gT2,可得T/0J.,x0.2=十而s=0.1s，小球在水平方向上做勻速直線運動，所以小球的初速度為：V0=訂m/s=2m/s，C點豎直方向的速度UAi.-m/S=2m/s則從拋出點到A點的時間為t=tC_T=0-2S-0-1S=0-1S所以拋出點距離A點的水平位移為：x=vt=2X0.1m=0.2m=20cm，A0拋出點的橫坐標為：x=-20cm;拋出點離A點的豎直位移為y=gt2=5cm，則拋出點的縱坐標為：x=-5cm.拋出點0如下圖所示。-20*Ci：在做“研究平拋運動”的實驗時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫出小球做平拋運動的軌跡.(1)為了能較準確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，將你認為正確的選項前面的字母填在橫線上通過調節(jié)使斜槽的末端保持水平每次釋放小球的位置可以不同每次必須由靜止釋放小球記錄小球位置用的鉛筆每次必須嚴格地等距離下降(2)作出平拋運動的軌跡后，為算出其初速度，實驗中需測量的數(shù)