2024年高中物理第五章曲線運動第三節(jié)實驗：研究平拋運動訓(xùn)練含解析新人教版必修2

PAGE6-試驗：探討平拋運動1．做雜技表演的汽車從高臺水平飛出，在空中運動后著地，一架照相機通過多次曝光，拍攝到汽車在著地前后一段時間內(nèi)的運動照片如圖所示(虛線為正方形格子)．已知汽車長度為3.6m，相鄰兩次曝光的時間間隔相等，由照片可推算出汽車離開高臺時的瞬時速度大小為________m/s，高臺離地面的高度為________m．(g取10m/s2)解析：由照片知在前兩次曝光的時間間隔內(nèi)，豎直位移之差Δy＝l＝3.6m，又Δy＝gT2，所以曝光時間T＝eq\r(\f(Δy,g))＝eq\r(\f(3.6,10))s＝0.6s.曝光時間內(nèi)的水平位移2l＝7.2m，所以v0＝eq\f(2l,T)＝eq\f(7.2,0.6)m/s＝12m/s.其次次曝光時車的豎直速度vy＝eq\f(3l,2T)＝eq\f(3×3.6,2×0.6)m/s＝9m/s，此時，車下落的時間t1＝eq\f(vy,g)＝eq\f(9,10)s＝0.9s，從起先到落地的總時間t2＝t1＋T＝1.5s，故高臺離地面的高度h＝eq\f(1,2)gteq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)×10×1.52m＝11.25m.答案：1211.252．在做“探討平拋運動”的試驗中，為了確定小球在不同時刻所通過的位置，試驗時用如圖所示的裝置，先將斜槽軌道的末端調(diào)整水平，在一塊平木板表面釘上復(fù)寫紙和白紙，并將該木板豎直立于緊靠槽口處．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.將木板向遠離槽口方向平移距離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.將木板再向遠離槽口方向平移距離x，小球再從斜槽上緊靠擋板處由靜止釋放，得到痕跡C.若測得木板每次移動距離x＝10.00cm，A、B間距離y1＝4.78cm，B、C間距離y2＝14.82cm，g取9.8m/s2.(1)依據(jù)以上干脆測量的物理量得小球初速度v0＝____________________(用題中所給字母表示)．(2)小球初速度的測量值為________m/s.解析：由于每次移動距離x＝10.00cm，所以小球從打A點到打B點與從打B點到打C點的時間相同，設(shè)此時間為t.由于y2－y1＝gt2，且y1＝4.78cm，y2＝14.82cm，g＝9.8m/s2，所以t＝eq\r(\f(y2－y1,g))≈0.1s，故小球初速度v0＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,y2－y1))≈1.00m/s.答案：(1)xeq\r(\f(g,y2－y1))(2)1.003.(1)如圖甲所示，在探討平拋運動時，小球A沿軌道滑下，離開軌道末端(末端水平)時撞開接觸開關(guān)S，被電磁鐵吸住的小球B同時自由下落，變更整個裝置的高度H做同樣的試驗，發(fā)覺位于同一高度的A、B兩個小球總是同時落地，該試驗現(xiàn)象說明白A球在離開軌道后()圖甲A．水平方向的分運動是勻速直線運動B．水平方向的分運動是勻加速直線運動C．豎直方向的分運動是自由落體運動D．豎直方向的分運動是勻速直線運動(2)探討平拋運動時，某同學(xué)設(shè)計了如圖乙所示的試驗：將兩個相同的傾斜滑道固定在同一豎直平面內(nèi)，最下端水平，滑道2與光滑水平板平滑相接．把兩個質(zhì)量相等的小鋼球，從斜面的同一高度由靜止起先同時釋放，則他將視察到的現(xiàn)象是____________________________________________________________________________.這說明_____________________________________________________________________________________________________.圖乙(3)(多選)在做平拋運動試驗時，讓小球多次沿同一軌道運動，通過描點法畫小球做平拋運動的軌跡，為了能較精確地描繪運動軌跡，下面列出了一些操作要求，正確的是()A．通過調(diào)整使斜槽的末端保持水平B．每次釋放小球的位置必需不同C．每次必需由靜止釋放小球D．用鉛筆記錄小球位置時，每次必需嚴(yán)格地等距離下降E．小球運動時不應(yīng)與木板上的白紙(或方格紙)相觸F．將球的位置記錄在紙上后，取下紙，用直尺將點連成折線(4)如圖所示為一小球做平拋運動的閃光照片的其中一部分照片，圖中正方形方格的邊長為5cm，g取10m/s2，則：①閃光頻率是________Hz；②小球運動的水平分速度為________m/s；③小球經(jīng)過B點時速度的大小為________m/s.解析：(1)A球與B球同時釋放，同時落地，時間相同，A球做平拋運動，B球做自由落體運動，將A球的運動沿水平和豎直方向正交分解，兩個分運動同時發(fā)生，具有等時性，因而A球的豎直分運動的時間與B球的運動時間相等，變更整個裝置的高度H做同樣的試驗，發(fā)覺位于同一高度的A、B兩個小球總是同時落地，說明在隨意時刻兩球在同一高度，即A球的豎直分運動與B球的運動完全相同，說明白平拋運動的豎直分運動是自由落體運動．(2)兩鋼球從斜面的同一高度由靜止同時釋放，球1離開滑道后做平拋運動，球2做勻速直線運動，水平方向速度相同，視察到的現(xiàn)象是球1落到光滑水平板上并擊中球2，說明平拋運動在水平方向上的分運動是勻速直線運動．(3)通過調(diào)整使斜槽末端保持水平，是為了保證小球做平拋運動，故A正確；因為要畫同一運動的軌跡，每次釋放小球的位置必需相同，且由靜止釋放，以保證獲得相同的初速度，故B錯誤，C正確；用鉛筆記錄小球位置時，每次不必嚴(yán)格地等距離下降，故D錯誤；試驗要求小球滾下時不能遇到木板平面，避開因摩擦而使運動軌跡變更，最終軌跡應(yīng)連成平滑的曲線，故E正確；將球的位置記錄在紙上后，取下紙，將點連成平滑曲線，故F錯誤．(4)①在豎直方向上，依據(jù)Δy＝2L＝gT2，得閃光相等的時間間隔T＝eq\r(\f(2L,g))＝eq\r(\f(2×0.05,10))s＝0.1s，頻率f＝eq\f(1,T)＝10Hz.②小球做平拋運動的初速度v0＝eq\f(3L,T)＝eq\f(0.15,0.1)m/s＝1.5m/s.③B點的豎直分速度vy＝eq\f(8L,2T)＝eq\f(0.4,0.2)m/s＝2m/s，則小球經(jīng)過B點時的速度大小為vB＝eq\r(veq\o\al(2,0)＋veq\o\al(2,y))＝2.5m/s.答案：(1)C(2)兩個小球?qū)l(fā)生碰撞平拋運動在水平方向上的分運動是勻速直線運動(3)ACE(4)①10②1.5③2.54．如圖所示，探討平拋運動規(guī)律的試驗裝置放置在水平桌面上，利用光電門傳感器和碰撞傳感器可測得小球的水平初速度和飛行時間，底板上的標(biāo)尺可以測得水平位移．保持水平槽口距底板高度h＝0.420m不變．變更小球在斜槽導(dǎo)軌上下滑的起始位置，測出小球做平拋運動的初速度v0、飛行時間t和水平位移d，記錄在表中．(1)由表中數(shù)據(jù)可知，在h肯定時，小球水平位移d與其初速度v0成________關(guān)系，與________無關(guān)．v0(m/s)0.7411.0341.3181.584t(ms)292.7293.0292.8292.9d(cm)21.730.338.646.4(2)一位同學(xué)計算出小球飛行時間的理論值t理＝eq\r(\f(2h,g))＝eq\r(\f(2×0.420,10))s＝289.8ms發(fā)覺理論值與測量值之差約為3ms.經(jīng)檢查，試驗及測量無誤，其緣由是____________________________________________________________________________________.(3)另一位同學(xué)分析并訂正了上述偏差后，另做了這個試驗，竟發(fā)覺測量值t′依舊大于自己得到的理論值t′理，但二者之差在3～7ms之間，且初速度越大差值越?。畬υ囼炑b置的安裝進行檢查，確認斜槽槽口與底座均水平，則導(dǎo)致偏差的緣由是__________________________________________________________________________.解析：(1)由題表中數(shù)據(jù)可知，h肯定時，小球的水平位移d與初速度v0成正比關(guān)系，與時間t無關(guān)．(2)該同學(xué)計算時重力加速度取的是10m/s2，一般狀況下應(yīng)取9.8m/s2，從而導(dǎo)致約3ms的偏差．(3)小球直徑過大、小球飛過光電門須要時間或光電門傳感器置于槽口的內(nèi)側(cè)，使測量值大于理論值．答案：(1)正比飛行時間t(2)計算時重力加速度取值(10m/s2)大于實際值(3)見解析5.用如圖甲所示裝置探討平拋運動．將白紙和復(fù)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(cè)較低，鋼球落在擋板上時，鋼球側(cè)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(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點．圖甲(1)下列試驗條件必需滿意的有________．A．斜槽軌道光滑B．斜槽軌道末段水平C．擋板高度等間距變更D．每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球(2)為定量探討，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標(biāo)系．圖乙a．取平拋運動的起始點為坐標(biāo)原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的________(選填“最上端”“最下端”或者“球心”)對應(yīng)白紙上的位置即為原點；在確定y軸時______(選填“須要”或者“不須要”)y軸與重錘線平行．b．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)：如圖乙所示，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y1和y2，則eq\f(y1,y2)________eq\f(1,3)(選填“大于”“等于”或者“小于”)．可求得鋼球平拋的初速度大小為________(已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，結(jié)果用上述字母表示)．(3)為了得到平拋物體的運動軌跡，同學(xué)們還提出了以下三種方案，其中可行的是________．A．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B．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，即可得到平拋運動軌跡C．將鉛筆垂直于豎直的白紙板放置，筆尖緊靠白紙板，鉛筆以肯定初速度水平拋出，將會在白紙上留下筆尖的平拋運動軌跡(4)伽利略曾探討過平拋運動，他推斷：從同一炮臺水平放射的炮彈，假如不受空氣阻力，不論它們能射多遠，在空中飛行的時間都一樣．這事實上揭示了平拋物體______________________________．A．在水平方向上做勻速直線運動B．在豎直方向上做自由落體運動C．在下落過程中機械能守恒解析：(1)因為本試驗是探討平拋運動，只須要每次試驗都能保證鋼球做相同的平拋運動，即每次試驗都要保證鋼球從同一高度處無初速度釋放并水平拋出，沒必要要求斜槽軌道光滑，因此A錯誤，B、D正確；擋板高度可以不等間距變更，故C錯誤．(2)a.因為鋼球做平拋運動的軌跡是其球心的軌跡，故將鋼球靜置于Q點，鋼球的球心對應(yīng)白紙上的位置即為坐標(biāo)原點(平拋運動的起始點)；在確定y軸時須要y軸與重錘線平行．b.由于平拋的豎直分運動是自由落體，故相鄰相等時間內(nèi)豎直方向上的位移之比為1∶3∶5∶…故兩相鄰相等時間內(nèi)豎直方向上的位移之比越來越大，因此eq\f(y1,y2)大于eq\f(1,3)；由y2－y1＝gT2，x＝v0T，聯(lián)立解得v0＝xeq\r(\f(g,y2－y1)).(3)將鉛筆垂直于