2021届高考物理二轮复习实验精解训练(5)实验：研究平抛运动
2021届高考物理二轮复习实验精解训练（5）
实验：研究平抛运动
1.三个同学根据不同的实验装置，进行了“探究平抛运动的规律”的实验.
（1）甲同学采用如图1所示的装置.用小锤打击弹性金属片，金属片把A 球沿水平方向弹出，同时B 球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变A 球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明__________.
（2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到小球做平抛运动的照片.小球在平抛运动中的几个位置如图2中的a b c d 、、、所示，图中每个小方格的边长 2.5cm L =.则小球经过b 点时的速度大小b v =_________m/s.（210m/s g =，结果保留三位有效数字）
（3）丙同学采用如图3所示的装置.关于该实验方法，下列选项中与误差无关的是_______. A.槽与小球间有摩擦
B.槽未端切线不水平
C.小球每次自由滚下时，木板的高度不同
D.小球每次自由滚下的位置不同
2.如图是研究平抛运动的实验装置示意图，桌面上的小球经压缩状态的弹簧弹开后，飞出桌面做平抛运动。撞到带有白纸和复写纸的竖直长木板上，并留下痕迹A 。重复实验，木板依次后退水平距离相同，都为x ，小球撞在木板上，留下痕迹B C 、，测量A B C 、、点到同一点O 的距离123y y y 、、，其中O 点与小球抛出时圆心位置等高。
（1）关于此实验，以下说法正确的是_______。
A.重复实验时，必须将弹簧压缩到同一位置，再释放小球
B.桌面必须严格保证水平
C.桌面必须尽量光滑，多次重复实验
D.一定会有
123=149
y y y
∶∶∶∶
（2）利用题目中所给数据，可得到平抛运动的初速度为
v _______（已知当地重力加速度为g）。
3.在“研究平抛运动”实验中：
（1）图1是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的_______。
A.球心
B.球的上端
C.球的下端
（2）在此实验中，下列说法正确的是_________。
A.斜槽轨道必须光滑
B.记录的点应适当多一些
C.用光滑线把所有的点连接起来
D.y轴的方向根据重垂线确定
（3）图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可以判断实验操作错误的是_____。
A.释放小球的初速度不为0
B.释放小球的初始位置不同
C.斜槽末端切线不平
（4）如图3所示是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是_______。
4.频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用图甲所示装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙，O为抛出点，P为运动轨迹上某点。则根据平抛运动规律分析下列问题(g取2
10m/s):
(1)乙图中，摄像头A 所拍摄的频闪照片为__________[选填“(a)”或“(b)”]。
(2)测得图乙(a)中OP 距离为45cm ,(b)中OP 距离为30cm ,则平抛物体的初速度大小应为__________m/s ，小球在P 点速度大小应为__________m/s . 5.“研究平抛运动”的实验装置如图甲所示。
（1）为减少空气阻力对小球的影响，应选择的小球是（） A.实心小木球
B.实心小铁球
C.空心小铁球
D.以上三种球都可以
（2）用小锤打击弹性金属片，a 球就水平飞出；同时b 球被松开，做自由落体运动。把整个装置放在不同高度进行实验，结果两小球总是同时落地。这个实验说明了a 球（） 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
（3）某同学描出了小球做平抛运动的轨迹如图乙所示。他以抛出点为坐标原点O ，取水平向右为x 轴，竖直向下为y 轴，在轨迹上取两点11(,)A x y 和22(,)B x y ，且使12:1:4y y =，若测量发现12:x x 大约为___________，则说明小球在水平方向做匀速直线运动。
6.某同学用如图甲所示的装置做“探究平抛运动规律”的实验,实验中正确记录了小球的印迹,得到如图乙所示的方格纸中a b c d 、、、四个位置,小方格的边长为 1.25cm L =,不计空气阻力。
(1)实验中,下列说法合理的是_____。 A.斜槽一定要光滑，其末端必须水平 B.每次小球都必须从同一高度自由滑下 C.平板必须竖直,斜槽末端必须水平 D.平板竖直固定,必须取槽口处为坐标原点
(2)图乙中若取a 点为坐标原点,水平方向为x 轴,竖直方向为y 轴,小球在水平方向做匀速直线运动,竖直方向做自由落体运动,则小球做平抛运动时的初速度为__________m/s,小球抛出点的坐标为____________(保留两位有效数字,210m/s g =)
7.某学校研究性学习小组设计了如图甲所示的实验装置,用来测定滑块与桌面间的动摩擦因数,水平桌面上固定有一滑槽,其末端与桌面相切,让滑块从滑槽的最高点由静止滑下,滑到桌面上后再滑行一段距离x,随后离开桌面做平抛运动,最后落在上端斜靠在桌边右端点O 点的长直木板上的某点,记下该点与O 点的距离L 。平移滑槽的位置并固定,多次改变滑行的距离x,每次让滑块从滑槽的最高点静止释放,得到不同的L 。作出x L -图象如图乙所示,即可根据图象信息得到滑块与桌面间的动摩擦因数μ。
回答下列问题:
(1)每次让滑块从滑槽上的同一高度释放,是为了___________________。 (2)为达到实验目的,除已经测出的x 和L 外,还需要测量的物理量有______。 A.滑槽最高点与桌面的高度差h
B.滑块的质量m
C.用量角器测出长直木板与水平面的夹角θ
D.当地的重力加速度g
(3)若x L -图象在横轴上的截距为a,在纵轴上的截距为b,如图乙所示,则滑块与桌面间的动摩擦因数的表达式为________________。(用本题提供的物理量符号表示)
8.“研究平抛物体的运动”实验的装置如图甲所示。小球从斜槽上滚下，经过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使小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迎接小球，使小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，在竖直白纸上记录小球所经过的多个位置，用平滑曲线连起来就得到小球做平抛运动的轨迹。
（1）实验所需的器材有：白纸、图钉、平板、铅笔、弧形斜槽、小球、重垂线、有孔的卡片，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；如果斜槽末端点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）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(40cm 20cm)，
，g 取210m/s ，则小球平抛的初速度0v =______m/s ，若B 点的横坐标为60cm B x =，则B 点的纵坐标为B y =________m 。
（4）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1O 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2O 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 。1O O 、间的距离为1x ，2O O 、间的距离为2x ，A B 、间的高度差为y 。则小球抛出时的初速度0v 为_______。
2
221()2x x g y
-
2221()2x x g y
+
21
22
x x g + 2122x x g y
-
答案以及解析
1.答案：（1）平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动 （2）1.25 （3）A
解析：（1）在同一高度，同一时刻开始做平抛运动的小球与自由落体运动的小球总是同时落地，平抛运动在竖直方向上是自由落体运动.
（2）取a b c 、、三点分析，水平方向间隔均为2L ，所以小球从a 点到b 点、从b 点到c 点的时间相同，设均为T ，在竖直方向上由2y gT ?=，解得0.05s T =.根据水平方向匀速运动有02L v T =，解得0 1.0m/s v =.分析知小球经过b 点时竖直方向上的速度30.75m/s 2y L
v T
=
=，
所以小球经过b 点时的速度大小 1.25m/s b v =. （3）槽与小球间有摩擦，对本实验没有直接影响，只要小球每次从同一位置静止释放，小球做平拋运动的初速度都相同，故选A. 2.答案：（1）AB
（2）
解析：（1）重复实验时，必须将弹簧压缩到同一位置，再释放小球，以保证每次弹出的初速度都相同，选项A 正确；桌面必须严格保证水平，以保证小球做平抛运动，选项B 正确；桌面光滑与否与实验精度无关，只要弹出时速度相同即可，选项C 错误；由于竖直板的初始位移与抛出点的距离不一定也是x ，则O A B C 、、、四点的时间间隔不一定相同，则不一定
会有123=1
49y y y ∶∶∶∶，选项D 错误。
（2）由平抛运动的规律可知：203221,()()x v t y y y y gt =---=，解得0v =
3.答案：（1）A （2）BD （3）C （4）B
解析：（1）确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的球心，故选A 。
（2）实验过程中，斜槽不一定光滑，只要能够保证从同一位置静止释放，即使轨道粗糙，离开斜槽末端的速度也是一样的，故A 错误；记录点适当多一些，用平滑曲线描出的轨迹更准确一些，故B 正确；做平滑曲线时应通过尽可能多的点，不在曲线上的点均匀分布在曲线两侧，离曲线较远的点舍去，故C 错误；y 轴必须是竖直方向，用重垂线确定，故D 正确。 （3）由题图可知斜槽末端不水平，才会造成斜抛运动，故选C 。
（4）竖直管与大气相通，为外界大气压强，竖直管在水面下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。如果竖直管上出口在水面上，则水面上为恒定大气压强，因而随水面下降，出水管上口压强降低，出水速度减小。故选B 。
4.答案：（1）(b)；（2）1解析：(1)小球做平抛运动时,水平方向是匀速直线运动,竖直方向是自由落体运动，故摄像头A 所拍摄的频闪照片为(b)。
(2)竖直方向上
2
12
y gt =
，得t =,水平方向上00.3
m/s 1m/s 0.3
x v t =
==
P 点小球在竖直方向的速度100.3m/s 3m/s v gt ⊥==?=，则P v 。
5.答案：（1）B （2）C （3）1:2
解析：（1）为减少空气阻力对小球的影响，应选择的小球是实心小铁球，选项B 正确。 （2）在打击金属片时，两小球同时分别做平抛运动与自由落体运动，结果同时落地，则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动，选项C 正确。 （3）竖直方向上做自由落体运动，12:1:4y y =，根据2
12
h gt =
知，运到到A B 、两点的时间比为1:2，所以O 到A A 、到B 的时间相等，若水平位移又相等，即如果12:1:2x x =，则说明小球水平方向上做匀速直线运动。 6.答案：（1）BC （2）1.0；( 2.5cm 0.31cm)--，
解析：（1）斜槽不一定要光滑，因为每次摩擦力相同，只要小球每次从同一高度自由滑下，那么小球每次从槽口飞出的速度都相同，但要保证小球飞出时的初速度方向是水平的，故斜
槽末端必须水平，平板必须竖直，A 错误,B 、C 正确;坐标原点应建立在斜槽槽口小球的重心处，而不是槽口处，D 错误。（2）由题图乙知小球在水平方向有04L v T =，竖直方向由2h gT ?=
知22L gT =，联立两式得0 1.0m/s v ==，0.05s T =；小球经过b 点时的竖直速度大小60.75m/s 2y L
v T
=
=,由y v gt =知0.075s t =,所以小球从拋出点到a 点经历的时间为0.025s a t =，由0a x v t =，得 2.5cm x =,由2
12
a y gt =
,得0.31cm y ≈,即小球抛出点的坐标为( 2.5cm 0.31cm)--，。
7.答案：(1)使滑块到达滑槽末端的速度相等 (2)C
(3)2cos 4sin a b θμθ
=
解析：(1)从同一高度释放可保证滑块滑到滑槽末端时的速度相等,即能使滑块在桌面上运动的初速度相同;
(2)(3)设滑块滑到桌面上时的速度为0v ,离开桌面时的速度为v,根据动能定理得2201122mgx mv mv μ-=-,根据平抛运动的规律有21,sin 2
o ,c s L vt L gt θθθ==为长直木板与水
平面的夹角,联立可得22
cos 2sin gL v θ
θ
=,整理可得2
20cos 24sin v x L g θμμθ=
-,所以有22cos cos ,4sin 4sin b a a b θθ
μμθθ
==,所以选C 。 8.答案：（1）C （2）不会；相同 （3）2；0.45 （4）A
解析：（1）此实验中只需描绘出小球做平抛运动的轨迹，根据轨迹进行计算，本实验还需要刻度尺，故选C 。
（2）只要小球从同一高度、无初速开始运动，在相同的情形下，即使小球与槽之间存在摩擦力，由于每次摩擦力的影响相同，仍能保证小球做平抛运动的初速度相同，对实验没有影响，所以在此实验中，小球与斜槽间有摩擦不会使实验的误差增大；如果斜槽末端点到小球落地点的高度相同，那么小球每次在空中运动的时间相同。
（3）到达A 点的时间0.2s t ==，小球平抛的初速度02m/s x
v t
==；到达B 点的时间00.3s B
x t v '=
=，B 点纵坐标为210.45m 2
y gt '==。 （4）在竖直方向上：22
211122
y gt gt =
-，水平方向上：21021()x x v t t -=-，联立解得小球抛
出时的初速度0v =A 。