2017-2018学年高中物理必修二检测：第五章第三节实验：研究平抛运动 Word版含解析

第五章曲线运动
第三节实验：研究平抛运动
1．在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：
A．让小球多次从________滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置．
B．按图安装好器材，注意________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线．
C．取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹．
(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上．
(2)上述实验步骤的合理顺序是________．
解析：(1)该实验中要保证每次小球做平抛运动的轨迹相同，这就要求小球平抛的初速度相同，而且初速度是水平的，因此在具体实验操作中要调整斜槽末端水平，方木板竖直且板面与斜槽末端切线平行紧靠斜槽末端放置，同时让小球多次从同一位置无初速度的释放．(2)实验操作中要先安装仪器，然后进行实验操作，故实验顺序为：BAC.
答案：(1)同一位置无初速度调整斜槽末端水平，和方木板竖直且与斜槽末端切线平行紧靠斜槽末端(2)BAC
2．(1)(多选)在研究平抛运动的实验中，下列说法正确的是() A．必须称出小球的质量
B．斜槽轨道必须是光滑的
C．斜槽轨道末端必须是水平的
D．应该使小球每次从斜槽上相同位置从静止开始滑下
(2)如图所示，某同学在研究平抛物体的运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝5.00 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，g取10 m/s2.则：
①小球平抛的初速度v0＝________m/s，小球在b点的速率v b ＝________m/s(结果保留两位有效数字)．
②a点________抛出点(选填“是”或“不是”)．
解析：(1)本实验与小球的质量无关，故A错误；该实验要求小球每次抛出的初速度要相同并且水平，因此要求小球从同一位置由静止释放，至于斜槽末端是否光滑对实验没有影响，故B错误；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，所以斜槽轨道末端必须水平，故C正确；为确保小球有相同的水平初速度，则要求每次将小球从同一位置无初速度释放，故D正确．
(2)①从题图中可看出，a、b、c、d4个点间的水平位移均相等，x＝4L，因此这4个点是等时间间隔点．竖直方向两段相邻位移之差
是个定值，即Δy＝gT2＝2L，T＝2L
g＝
2×0.05
10s＝0.1 s，初速
度v0＝4L
T＝
4×0.05
0.1m/s＝2.0 m/s，v by＝
y ac
2T＝
8L
2T＝
8×0.05
2×0.1
m/s＝2.0
m/s，因此v b＝v20＋v2by＝ 2.02＋2.02m/s＝2 2 m/s≈2.8 m/s.
②v ay＝v by－gT＝2.0 m/s－10×0.1 m/s＝1 m/s≠0，则a点不是
抛出点．
答案：(1)CD(2)①2.0 2.8②不是
3.(1)如图甲所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端(末端水平)时撞开接触开关S，被电磁铁吸住的小球B同时自由下落，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地，该实验现象说明了A球在离开轨道后()
图甲
A．水平方向的分运动是匀速直线运动
B．水平方向的分运动是匀加速直线运动
C．竖直方向的分运动是自由落体运动
D．竖直方向的分运动是匀速直线运动
(2)研究平抛运动时，某同学设计了如图乙所示的实验：将两个相同的倾斜滑道固定在同一竖直平面内，最下端水平，滑道2与光滑水平板平滑相接．把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止开始同时释放，则他将观察到的现象是____________________ _____________________________________________________.
这说明________________________________________________ _____________________________________________________.
图乙
(3)(多选)在做平抛运动实验时，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，正确的是()
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必须不同
C．每次必须由静止释放小球
D．用铅笔记录小球位置时，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(或方格纸)相触
F．将球的位置记录在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线
(4)如图所示为一小球做平抛运动的闪光照片的其中一部分照片，图中正方形方格的边长为5 cm，g取10 m/s2，则：
①闪光频率是________Hz；
②小球运动的水平分速度为________m/s；
③小球经过B点时速度的大小为________m/s.
解析：(1)A球与B球同时释放，同时落地，时间相同，A球做平抛运动，B球做自由落体运动，将A球的运动沿水平和竖直方向正交分解，两个分运动同时发生，具有等时性，因而A球的竖直分运动的时间与B球的运动时间相等，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地，说明在任意时刻两球在同一高度，即A球的竖直分运动与B球的运动完全相同，说明了平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，故选C.
(2)两钢球从斜面的同一高度由静止同时释放，球1离开滑道后
做平抛运动，球2做匀速直线运动，水平方向速度相同，观察到的现象是球1落到光滑水平板上并击中球2，说明平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动．
(3)通过调节使斜槽末端保持水平，是为了保证小球做平抛运动，故A正确；因为要画同一运动的轨迹，每次释放小球的位置必须相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故B错误，C正确；用铅笔记录小球位置时，每次不必严格地等距离下降，故D错误；实验要求小球滚下时不能碰到木板平面，避免因摩擦而使运动轨迹改变，最后轨迹应连成平滑的曲线，故E正确；将球的位置记录在纸上后，取下纸，将点连成平滑曲线，故F错误．
(4)①在竖直方向上，根据Δy＝2L＝gT2，得闪光相等的时间间
隔T＝2L
g＝
2×0.05
10s＝0.1 s，
频率f＝1
T＝10 Hz.
②小球做平抛运动的初速度v0＝3L
T＝
0.15
0.1m/s＝1.5 m/s.
③B点的竖直分速度v y＝8L
2T＝
0.4
0.2m/s＝2 m/s，则小球经过B点
时的速度大小为v B＝v20＋v2y＝2.5 m/s.
答案：(1)C(2)两个小球将发生碰撞平抛运动在水平方向上的分运动是匀速直线运动(3)ACE(4)①10②1.5③2.5 4．(1)(多选)研究平抛运动，下面做法中可以减小实验误差的是()
A．使用密度大、体积小的钢球
B．尽量减小钢球与斜槽间的摩擦
C．实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下
D．使斜槽末端的切线保持水平
(2)图甲是研究小球在斜面上做平抛运动的实验装置，每次将小球从弧形轨道同一位置由静止释放，并逐渐改变斜面与水平地面之间的夹角θ，获得不同的射程x，最后作出了如图乙所示的x tan θ图象，g取10 m/s2.则：
图甲
图乙图丙
①由图乙可知，小球在斜面顶端水平抛出时的初速度v0＝________．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________．
②若最后得到的图象如图丙所示，则可能的原因是(写出一个)__
______________________________________________________.
解析：(1)研究平抛运动时，钢球体积越小，所受空气阻力越小，并且记录小球通过的位置越准确，A正确；小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，可保证小球的初速度不变，与钢球和斜槽间的摩擦无关，B错误，C正确；实验时必须使斜槽末端的切线水平，以确保小球水平飞出做平抛运动，D正确．
(2)①根据tan θ＝y
x＝
1
2gt
2
v0t＝
gt
2v0，解得t＝
2v0tan θ
g，
则x＝v0t＝2v20tan θ
g，
可知图线的斜率k＝2v20
g＝
1
5，
解得v0＝1 m/s.
实验中发现θ超过60°后，小球将不会掉落在斜面上，知θ＝60°时，小球落在斜面的底端，
即x＝2v20tan θ
g＝2×1
2×
tan 60°
10m＝
3
5m，
解得l＝x
cos 60°＝
23
5m.
②图线的斜率k＝2v20
g，从图象可看出，斜率变大，原因是v0变
大，所以有可能是小球从弧形轨道释放的位置变高了．
答案：(1)ACD(2)①1 m/s 23
5m②小球从弧形轨道释放的
位置变高了
5．某同学用图甲所示装置做“研究平抛运动”的实验，根据实验结果在坐标纸上描出了小球水平抛出后的运动
轨迹，但不慎将画有轨迹图线的坐标纸丢失了一部分，剩余部分如图乙所示．图乙中水平方向与竖直方向每小格的长度代表0.10 m，P1、P2和P3是轨迹图线上的3个点，P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等．
完成下列填空(重力加速度取10 m/s2)：
(1)设P1、P2和P3的横坐标分别为x1、x2和x3，纵坐标分别为y1、y2和y3，从图中可读出|y1－y2|＝________ m，|y1－y3|＝________ m，|x1－x2|＝________ m(保留两位小数)．
(2)若已测得抛出后小球在水平方向上做匀速运动．利用(1)中读取的数据，求出小球从P1运动到P2所用的时间为________ s，小球抛出后的水平速度为________m/s.
解析：(1)由题图知P1、P2的竖直间隔为6个小格，因此|y1－y2|＝0.60 m，P1、P3的竖直间隔为16个小格，因此|y1－y3|＝1.60 m，P1、P2的水平间隔为6个小格，因此|x1－x2|＝0.60 m．(2)由于P1和P2、P2和P3之间的水平距离相等，所以P1到P2的时间与P2到P3的时间相等，设为t.根据物体在竖直方向做匀变速直线运动，有|y3－y2|－|y2－y1|＝gt2，代入数据得t＝0.20 s.
小球抛出后的水平速度v x＝|x1－x2|
t＝
0.60
0.20m/s＝3.0 m/s.
答案：(1)0.60 1.600.60(2)0.20 3.0。