第五章專題強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

專題強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1．(2023·南通市高一期末)用如圖甲所示的裝置“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”，M為斜槽，N為水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板。(1)除了硬背板(含固定支架)、小球、斜槽M、鉛垂線、傾斜的擋板N、鉛筆、圖釘、白紙、復(fù)寫(xiě)紙之外，下列器材中還需要的是。A．秒表 B．刻度尺C．天平 D．彈簧測(cè)力計(jì)(2)本實(shí)驗(yàn)需要選擇合適的點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立直角坐標(biāo)系，下列選項(xiàng)中，原點(diǎn)選擇正確的是。(3)實(shí)驗(yàn)中得到的軌跡如圖乙，其中O點(diǎn)為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，重力加速度g取9.8m/s2，根據(jù)圖中給出的數(shù)據(jù)可得小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0＝m/s。答案(1)B(2)C(3)1.6解析(1)本實(shí)驗(yàn)需要刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度，不需要秒表，時(shí)間由位移計(jì)算，不需要天平和彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量質(zhì)量和重力，故選B。(2)小球從斜槽末端位置開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)，所以平拋運(yùn)動(dòng)的初位置為小球在斜槽末端球心的投影點(diǎn)。故選C。(3)根據(jù)y＝eq\f(1,2)gt2得小球平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t＝eq\r(\f(2y,g))＝eq\r(\f(2×0.196,9.8))s＝0.2s，則小球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為v0＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.32,0.2)m/s＝1.6m/s。2．(2021·全國(guó)乙卷)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖(b)所示(圖中未包括小球剛離開(kāi)軌道的影像)。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖(b)中標(biāo)出。完成下列填空：(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)小球運(yùn)動(dòng)到圖(b)中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為m/s，豎直分量大小為m/s；(2)根據(jù)圖(b)中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮閙/s2。答案(1)1.02.0(2)9.7解析(1)小球做平拋運(yùn)動(dòng)，水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此速度的水平分量大小為v0＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.05,0.05)m/s＝1.0m/s豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該段位移的平均速度，因此小球在A點(diǎn)速度的豎直分量大小為vy＝eq\f(8.6＋11.0,0.05×2)cm/s≈2.0m/s。(2)由豎直方向?yàn)樽杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，可得g＝eq\f(y3＋y4－y2－y1,4t2)代入數(shù)據(jù)可得g＝9.7m/s2。3.某物理興趣小組在做探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，使小球做平拋運(yùn)動(dòng)，用頻閃照相機(jī)對(duì)準(zhǔn)方格背景照相，拍攝到了如圖所示的照片，已知每個(gè)小方格邊長(zhǎng)為9.8cm，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間＝9.8m/s2。(1)若以拍攝的第“1”點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右和豎直向下為平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的正方向，則沒(méi)有被拍攝到的小球(在圖中沒(méi)有方格的區(qū)域內(nèi))位置“4”坐標(biāo)為[用圖中格數(shù)表示坐標(biāo)，比如圖中標(biāo)記為“2”的小球坐標(biāo)為(2,1)]；(2)該照相機(jī)的頻閃頻率為Hz；(3)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為m/s。答案(1)(6,6)(2)10(3)1.96解析(1)小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以相鄰兩點(diǎn)間的水平距離等于2個(gè)小方格的邊長(zhǎng)，小球在豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知相鄰兩次曝光時(shí)間內(nèi)小球的豎直距離之差恒定，為1個(gè)小方格的邊長(zhǎng)，由此可推知小球位置“4”坐標(biāo)為(6,6)。(2)設(shè)該照相機(jī)頻閃時(shí)間間隔為T(mén)，則根據(jù)前面分析可得Δy＝L＝gT2，解得T＝0.1s所以該照相機(jī)的頻閃頻率f＝eq\f(1,T)＝10Hz(3)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小為v0＝eq\f(2L,T)＝1.96m/s。4．(2023·杭州四中高一期末)三個(gè)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(dòng)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(shí)B球被松開(kāi)自由下落，觀察到兩球同時(shí)落地。改變小錘擊打的力度，即改變A球被彈出時(shí)的速度，兩球仍然同時(shí)落地，這說(shuō)明。(2)乙同學(xué)采用如圖乙所示的裝置，兩個(gè)相同的弧形軌道M、N，分別用于發(fā)射小鐵球P、Q，其中N的末端可看成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。現(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(shí)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。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(shuō)明。(3)丙同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，忘記了標(biāo)記平拋運(yùn)動(dòng)的拋出點(diǎn)O，只記錄了A、B、C三點(diǎn)，于是就取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立了如圖丙所示的坐標(biāo)系。平拋軌跡上的B、C點(diǎn)坐標(biāo)值在圖中已標(biāo)出。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算，小球平拋的初速度大小為m/s，小球拋出點(diǎn)的坐標(biāo)為(cm，cm)。(g＝10m/s2，計(jì)算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)(2)P球擊中Q球做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)(3)1.5－30－20解析(1)用小錘擊打彈性金屬片，金屬片把A球沿水平方向彈出，即做平拋運(yùn)動(dòng)，同時(shí)B球被松開(kāi)自由下落，做自由落體運(yùn)動(dòng)，觀察到兩球同時(shí)落地，該現(xiàn)象說(shuō)明兩球在豎直方向具有相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)。(2)現(xiàn)將小球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(shí)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)，仍觀察到相同現(xiàn)象，這說(shuō)明兩球在水平方向具有相同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，則做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(3)由題圖丙可知xAB＝xBC＝0.3m，小球從A到B所用時(shí)間T與從B到C所用的時(shí)間T相等，設(shè)小球在A點(diǎn)的豎直分速度為vAy，從A到B過(guò)程，豎直方向有yAB＝vAyT＋eq\f(1,2)gT2＝0.6m從A到C過(guò)程，豎直方向有yAC＝vAy·2T＋eq\f(1,2)g(2T)2＝1.60m解得vAy＝2m/sT＝0.2s小球做平拋運(yùn)動(dòng)，則有xAB＝v0T解得v0＝1.5m/s從拋出點(diǎn)到A點(diǎn)有vAy＝gtx＝v0ty＝eq\f(1,2)gt2解得x＝0.3m，y＝0.2m所以拋出點(diǎn)坐標(biāo)為(－30cm，－20cm)。5．在做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，為了確定小球不同時(shí)刻在空中所通過(guò)的位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)用了如圖所示的裝置。在一塊平整的木板表面釘上白紙和復(fù)寫(xiě)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)離槽口的方向平移距離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；又將木板再向遠(yuǎn)離槽口的方向平移距離x，小球再?gòu)男辈凵暇o靠擋板處由靜止釋放，再得到痕跡C，重力加速度為g。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：(1)每次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放的原因是，同時(shí)需要保證斜槽軌道的末端。(2)根據(jù)圖上直接測(cè)量的物理量，求得小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間為t＝，初速度的表達(dá)式為v0＝。(3)當(dāng)小球撞在木板上得到痕跡B時(shí)，木板距斜槽末端的水平距離d＝。答案(1)為了使小球每次平拋時(shí)都有相同的初速度水平(2)eq\r(\f(y2－y1,g))xeq\r(\f(g,y2－y1))(3)eq\f(y1＋y2x,2y2－y1)解析(1)為了使小球每次平拋時(shí)都有相同的初速度，應(yīng)該每次都要使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放。為了使小球做平拋運(yùn)動(dòng)，則需要保證斜槽軌道的末端水平。(2)由題意可知，小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間等于小球從B點(diǎn)到C點(diǎn)的時(shí)間，豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)，由Δy＝y(tǒng)2－y1＝gt2可得小球從A點(diǎn)到B點(diǎn)的時(shí)間為t＝eq\r(\f(y2－y1,g))水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由x＝v0t可得初速度的表達(dá)式為v0＝xeq\r(\f(g,y2－y1))(3)由題意可得，小球在B點(diǎn)時(shí)，豎直方向的分速度為vBy＝eq\f(y1＋y2,2t)＝gtB可得小球開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的時(shí)間為tB＝eq\f(y1＋y2,2gt)當(dāng)小球撞在木板上得到痕跡B時(shí)，木板距斜槽末端的水平距離為d＝v0tB聯(lián)立可得d＝xeq\r(\f(g,y2－y1))·eq\f(y1＋y2,2g)·eq\r(\f(g,y2－y1))＝eq\f(y1＋y2x,2y2－y1)。6．(2023·南京師大附中高一校考期末)采用如圖甲所示的裝置可以研究平拋運(yùn)動(dòng)。圖乙是確定小球位置的硬紙片的示意圖，帶有一大一小兩個(gè)孔，大孔寬度與做平拋的小球的直徑d相當(dāng)，可沿虛線折成圖甲中的樣式，放在如圖甲中的多個(gè)合適位置，可用來(lái)確定小球經(jīng)過(guò)的運(yùn)動(dòng)軌跡。已知重力加速度為g。(1)已備有器材：有孔的硬紙片、坐標(biāo)紙、圖釘、長(zhǎng)方形平木板、鉛筆、三角板、刻度尺、弧形斜槽、小球、鐵架臺(tái)(含鐵夾)，還需要的一種實(shí)驗(yàn)器材是。A．秒表B．天平C．鉛垂線D．彈簧測(cè)力計(jì)(2)關(guān)于本實(shí)驗(yàn)的一些說(shuō)法，正確的是。A．斜槽必須是光滑的，且每次釋放小球的初位置相同B．應(yīng)該將斜槽軌道的末端調(diào)成水平C．以斜槽末端緊貼著槽口處作為小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)和所建坐標(biāo)的原點(diǎn)OD．為使所描曲線與小球運(yùn)動(dòng)軌跡吻合，應(yīng)將所有通過(guò)硬紙片確定的點(diǎn)都用直線依次連接(3)已知理想的平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向的位移分別為x和y，則其初速度大小v0＝。在實(shí)際的平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的研究中，也利用上述關(guān)系式計(jì)算初速度，那么計(jì)算的初速度誤差與x、y的大小選取。(選填“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”)(4)某同學(xué)得到部分運(yùn)動(dòng)軌跡如圖丙所示。圖中水平方向與豎直方向每小格的長(zhǎng)度均為l，P1、P2和P3是軌跡圖線上的三個(gè)點(diǎn)，P1和P2、P2和P3之間的水平距離相等。那么，小球從P1運(yùn)動(dòng)到P2所用的時(shí)間為，小球拋出后的水平速度為。答案(1)C(2)B(3)xeq\r(\f(g,2y))有關(guān)(4)2eq\r(\f(l,g))3eq\r(gl)解析(1)除已備有的器材外，實(shí)驗(yàn)中還需要的一種實(shí)驗(yàn)器材是鉛垂線，故選C。(2)斜槽軌道不一定必須是光滑的，只要小球到達(dá)斜槽末端時(shí)速度相等即可，A錯(cuò)誤；應(yīng)該將斜槽軌道的末端調(diào)成水平，以保證小球能做平拋運(yùn)動(dòng)，B正確；以斜槽末端以上小球球心的投影點(diǎn)處作為小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)