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1、名校名 推荐 课时训练 3实验 :研究平抛运动题组一实验原理与实验器材的选择1.在 “研究平抛物体的运动”的实验中 ,为减小空气阻力对小球的影响,选择小球时 ,应选择 ()A. 实心小铁球B. 空心小铁球C.实心小木球D. 以上三种球都可以解析 :平抛运动是只受重力作用的运动,为了减小小球在运动过程中所受空气阻力的影响,应选择体积小、密度和质量大的球,A 正确。答案 :A2.在做 “研究平抛运动 ”实验中 ,下列措施有利于减小实验误差的是()A. 斜槽轨道必须光滑B.以斜槽末端为坐标系的原点C.每次都要平衡摩擦力D.小球每次应从斜槽同一高度由静止释放解析 :本实验对斜槽的要求是其末端必须水平,
2、并不要求它非得光滑,A 错 ;实验中也不要求平衡摩擦力,C 错 ;建立坐标系时,将小球放于斜槽的末端,应选小球球心在白纸上的投影作为原点,B 错;为了保证小球每次做平抛运动的初速度相同,应将小球每次从斜槽同一高度由静止释放,D 对。答案 :D3.三个同学根据不同的实验条件,进行了探究平抛运动规律的实验:(1) 甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属片,金属片把A 球沿水平方向弹出,同时 B 球被松开自由下落,观察并听到两球同时落地,改变小锤击打的力度,即改变 A 球被弹出时的速度,两球仍然同时落地 ,这说明。(2) 乙同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、 N 分别用于发射小
3、铁球 P、 Q,其中 N的末端可看作与光滑的水平板相切,两轨道上端分别装有电磁铁C、 D;调节电磁铁 C、 D 的高度使AC=BD ,从而保证小铁球 P、 Q 在轨道末端的水平初速度v0 相等。现将小铁球 P、Q 分别吸在电磁铁 C、D 上 ,然后切断电源 ,使两小球能以相同的初速度v0 同时分别从轨道 M、 N 的末端射出。实验可观察到的现象应是。仅仅改变弧形轨道M 的高度 ,重复上述实验 ,仍能观察到相同的现象 ,这说明。(3) 丙同学采用频闪照相法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片,图中每个小方格的边长为L= 1.25 cm,则由图可求得拍摄时每s 曝光一次 ,该小球做平抛运动的初速
4、度大小为m/s。 (g 取 9.8 m/s2 )解析 :题中甲图是通过实验来验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动。结论为平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。题中乙图是通过实验来验证平抛运动的小球在水平方向上做匀速直线运动。现象为P 球击中Q 球。结论是平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。题中丙图是对平抛运动的图象进行分析处理的考查,且设置了一个陷阱 :左上角不是平抛运动的起点。由竖直方向的位移之比为123,可判断左上角的那点并不是抛出点,所以在求解时 ,不能用2L=v 0t 和 L=gt 2 直接得出答案。由题图可知 ,小球在水平方向上做匀速直线运动,在竖直方向上做自由落体
5、运动。y=gT 2,即 L=gT 2,T= 3.5710-2 s又因为 2L=v 0T,解得 v0= 2,代入 L、 g 的值得 v0= 0.7 m/s。答案 :(1)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2) P 球击中 Q 球平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动(3)3.5710-20.7题组二实验操作与数据处理4.1名校名 推荐 如图所示是某次实验中用频闪照相方法拍摄的小球(可视为质点 )做平抛运动的闪光照片。如果图中每个方格的边长 l 表示的实际距离和闪光频率f 均为已知量 ,那么在小球的质量 m、平抛的初速度大小 v0 、小球通过 P 点时的速度大小v 和当地的重力加速度值g
6、 这四个未知量中 ,利用上述已知量和图中信息()A. 可以计算出m、 v0 和 vB.可以计算出v、 v0 和 gC.只能计算出v0 和 vD.只能计算出v0 和 g解析 :由 T= ,在竖直方向 : y=5l- 3l=gT 2 ,可求出 g;水平方向 :v0= ,且 P 点竖直方向分速度 vy= ,故 P 点速度大小为 v=; 但无法求出小球质量 m,故 B 正确。答案 :B5.( 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图,则以下操作合理的是()A. 选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运动时,应该用眼睛看A、 B 两球是否同时落地B.选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显示出平
7、抛运动的轨迹,竖直管上端A 一定要低于水面C.选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动的轨迹,每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球D.除上述装置外,还可以用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15 帧的录像以获得平抛运动的轨迹解析 :小球下落的速度很快,运动时间很短 ,用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺序,应听声音 ,选项 A 错误 ;竖直管的上端 A 应低于水面 ,这是因为竖直管与空气相通 ,A 处的压强始终等于大气压 ,不受瓶内水面高低的影响 ,因此可以得到稳定的细水柱 ,选项 B 正确 ;只有每次从同一高度由静止释放钢球,钢球做平抛运动的初速度才相同,选项 C 错误 ;获得了每秒15 帧
8、的录像就等同于做平抛运动实验时描方格图的方法,同样可以探究平抛运动的规律,选项 D 正确。答案 :BD6.如图所示是某物体做平抛运动实验后在白纸上描出的轨迹和所测数据,图中 0 点为物体的抛出点。根据图中数据 ,物体做平抛运动的初速度v0=m/s。(g 取 10 m/s2)解析 :根据题意由 x=v 0t,y=gt 2,代入数据0.48 m=v 0t,0.45 m= 10 m/s 2t2,解得 t= 0.3 s,v0= 1.6 m/s。答案 :1.67.2名校名 推荐 如图所示为用频闪摄影方法拍摄的研究物体做平抛运动规律的照片,图中 A、B、 C 为三个同时由同一点出发的小球。AA为 A 球在
9、光滑水平面上以速度v 运动的轨迹 ;BB 为 B 球以速度v 被水平抛出后的运动轨迹 ;CC为 C 球自由下落的运动轨迹。通过分析上述三条轨迹可得出结论:(1)。(2)。解析 :仔细观察照片可以发现,B、 C 两球在任一曝光瞬间的位置总在同一水平线上,说明平抛运动B球在竖直方向上的运动特点与自由落体运动相同;而 A、 B 两小球在任一曝光瞬间的位置总在同一竖直线上 ,说明平抛运动B 球在水平方向上的运动特点与匀速直线运动相同。答案 :(1)做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动(2)做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(建议用时 :30 分钟 )1.为了探究影响平抛运动水平射程的因素,
10、某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6 次实验,实验数据记录如下表。以下探究方案符合控制变量法的是()序抛出点的高度水平初速度水平射程号(m)(m/s)(m)10.202.00.4020.203.00.6030.452.00.6040.454.01.2050.802.00.8060.806.02.40A. 若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为1、 3、 5 的实验数据B.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为1、 3、5 的实验数据C.若探究水平射程与高度的关系,可用表中序号为2、 4、6 的实验数据D.若探究水平射程与初速度的关系,可用表中序号为2、 4、 6 的实验数据
11、解析 :控制变量法进行实验时,如果研究其中两个量的关系,必须使其他变量为定值,因此若探究水平射程与初速度的关系 ,应使抛出点的高度一定 ,故 A 、D 均错误 ;若探究水平射程与高度的关系 ,应使水平初速度为定值 ,故 B 正确 ,C 错误。答案 :B2.平抛物体的运动规律可以概括为两点:水平方向做匀速运动;竖直方向做自由落体运动。为了研究平抛物体的运动,可做下面的实验:如图所示 ,用小锤击打金属片,A 球就水平飞出 ,同时 B 球被松开 ,做自由落体运动,两球同时落到地面,这个实验说明 ()A. 做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动B.做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动C.A、
12、B 项中所述都能说明D.A、B 项中所述都不能说明解析 :因金属片受到小锤的击打,向前推动小球A,使 A 球做平抛运动,同时小球 B 从孔中自由落下,做自由落体运动 ,A、B 两球同时落地。A 球的水平初速度并不影响A 球在竖直方向上的运动,说明了两球在竖直方向上具有相同的运动规律,故选项 A 正确。答案 :A3.( 多选 )在研究平抛物体的运动的实验中,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名校名 推荐 解析 :小球从离抛出点高的位置释放,轨
13、迹线较平 ;小球从离抛出点低的位置释放,初速度较小 ,轨迹线较竖直 ,故 A 、B 正确 ;在空中运动的时间由抛出点与落地点间竖直高度决定,与初速度大小无关,故 C错误 ;因初速度不同 ,故通过相同的水平位移所用时间一定不同,D 错误。答案 :AB4.在研究平抛物体运动的实验中,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 点所示 ,则小球平抛的初速度的计算式为v0=(用 L、 g 表示 ),其值是(g 取 10 m/s2 )。小球在 B 点的速率为。( 取两位有效数字 )解析 :题图中 A、 B、C、 D 点位置对应
14、水平位移相等。说明A B、 B C、 CD 所用时间相同 ,在竖直方向上 ,根据匀变速直线运动的特点, x=aT 2,则有 L=gT 2而水平方向上 2L=v 0T联立 得 v0= 2= 2 m/s= 0.80 m/s。小球在 B 点的竖直分速度vy=联立 得 vy= 0.60 m/s。小球在 B 点的合速度 v= 1.0 m/s。答案 :2 0.80 m/s1.0 m/s5.做杂技表演的汽车从高台水平飞出,在空中运动后着地 ,一架照相机通过多次曝光 ,拍摄到汽车在着地前后一段时间内的运动照片如图所示(虚线为正方形格子,忽略空气阻力 )。已知汽车长度为 3.6 m,相邻两次曝光的时间间隔相等,
15、由照片可推算出汽车离开高台时的瞬时速度大小为m/s,高台离地面的高度为m。 (g 取 10 m/s2)解析 :由照片知在前两次曝光的时间间隔内,竖直位移之差y=l= 3.6 m,又y=gT 2,所以曝光时间 T=s= 0.6 s。2l= 7.2 m,曝光时间内的水平位移所以 v0= m/s= 12 m/s。第二次曝光时车的竖直速度vy= m/s= 9 m/s,此时 ,车下落的时间 t1= s= 0.9 s,从开始到落地的总时间t2=t 1+T= 1.5 s,故高台离地面的高度h= 101.52 m= 11.25 m 。答案 :12 11.256.如图所示 ,在用斜槽 “研究平抛运动的规律 ”实
16、验中 ,某同学在建立直角坐标系时 ,有一处失误。设他在安装实验装置和进行其余的操作时准确无误。(1) 观察图可知 ,他的失误之处是。4名校名 推荐 (2) 他根据记录的数据建立坐标系,运用教材实验原理测得的平抛初速度值与其真实值相比(选填 “偏大 ”“相等 ”或 “偏小 ”)。解析 :(1)坐标系原点应建在正飞离斜槽槽口的小球重心处,即在槽口正上方r(r 为小球半径 ) 处,而该同学却错误地将坐标原点取在槽口处。(2)如图所示 ,正确的坐标系横轴应建立在x处 ,原点应在O处。在轨迹上取点P,其坐标真实值为(x,y),测量值为 (x,y),其中 yy ,x=x 。因为 t 测 = ,t 真= ,
17、所以 t 测 v 真。答案 :(1)错误地将坐标原点取在槽口处(2) 偏大7.在做 “研究平抛运动 ”的实验中 ,为了确定小球在不同时刻所通过的位置,实验时用如图所示的装置,先将斜槽轨道的末端调整水平,在一块平木板表面钉上复写纸和白纸,并将该木板竖直立于紧靠槽口处。使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A。将木板向远离槽口方向平移距离x,再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,小球撞在木板上得到痕迹B。将木板再向远离槽口方向平移距离x,小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放,得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x= 10.00 cm,A、 B 间距离 y1=4.78 cm,
18、B、C 间距离 y2= 14.82 cm,g 取 9.8 m/s2。(1)根据以上直接测量的物理量得小球初速度v0=。 (用题中所给字母表示 )(2)小球初速度的测量值为m/s。解析 :由于每次移动距离x= 10.00 cm,所以小球从打A 点到打 B 点与从打 B 点到打 C 点的时间相同 ,设此时间为t 。由于 y2-y1 =gt 2 ,且 y1= 4.78 cm,y2 = 14.82 cm, g= 9.8 m/s2,所以小球初速度 v0=x 1.00 m/s。答案 :(1)x(2)1.008.某同学在学习了平抛运动后,想估测一水管截面为圆形的农用水泵的流量Q(m 3/s)。如图所示 ,假定水柱离开管口后做平抛运动,他手头只有米尺。(1) 说明该同学需直接测量的物理量;(2) 写出用这些物理量表示流量Q 的表达式。解析 :(1)要测出水管的直径D,出水管中心距地面的竖直高度y,水柱落地点距管口的水平距离x。(2)假定水柱离开管口的速度为v0,由平抛运动的规律,得 x=v 0t,y=gt 2,可得 v0= ,水流量 Q= ,V=v 0t,所以 Q= 。答案 :(1)见解析(2)5