高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点课时练习

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第二册3 实验：探究平抛运动的特点课时练习，共14页。试卷主要包含了抛体运动，平抛运动等内容，欢迎下载使用。


知识结构导图
核心素养目标
物理观念：初步了解什么是平抛运动及探究平抛运动的实验原理．
科学探究：能够制定出科学的探究方案，并使用平抛运动实验器等实验器材获取实验数据．
科学思维：能够通过对运动的数据处理得出实验结论，会分析产生实验误差的原因．
科学态度与责任：通过实验的设计和数据的处理，提升科学推论与论证的能力，体会将复杂运动分解为简单运动的物理思想．
知识点一 抛体运动和平抛运动
阅读教材第10页第一自然段．
1．抛体运动
以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受________的作用，这时的________叫作抛体运动(prjectile mtin)
2．平抛运动
初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动．
知识点二 探究物体做平抛运动的特点
阅读教材第10～11页“实验思路、进行实验”部分．
1．实验思路
(1)提出问题
平抛运动是曲线运动，速度和位移的方向都在时刻变化，这个复杂的曲线运动有什么规律呢？能否分解为不同方向上两个简单的直线运动？
(2)科学猜想
由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受到竖直向下的________作用，因此尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动．
2．进行实验
(1)方案一：用频闪照相或者录制视频的方法，记录物体在不同时刻的位置．如图是一个小球做平抛运动时的频闪照片．
①根据图片猜想，水平方向________直线运动，竖直方向________运动．
②以左边第1个小球的________为原点建立坐标系来研究小球的水平________和竖直________．
③沿水平向右和竖直向下的方向建立平面直角坐标系，找出小球对应的________．
④记录x方向和y方向的坐标值填在下面的表格中
(2)方案二：在水平和竖直两个方向中，先研究其中一个方向的运动规律，再设法分析另外一个方向的运动规律．
①猜想：水平方向做________直线运动，竖直方向做________运动．
②轨迹的获得：可用平抛运动演示仪获得平抛运动的轨迹．
③坐标系的建立：以抛出点小球的________为原点，沿水平方向和竖直方向建立坐标系．
④物体的大小对描绘轨迹有影响，物体尽可能小，形状规则．
知识点三 平抛运动特点的探究过程
阅读教材第11～12页“参考案例”部分．
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
实验器材
小锤，2个金属小球，平抛运动仪，频闪照相机．
①弹性金属片 ②小球A ③平抛运动仪 ④小球B
⑤小锤
实验过程
(1)用小锤敲击弹性金属片，小球A沿水平方向飞出，做平抛运动；同时小球B被释放，做自由落体运动，观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后．
(2)改变敲击弹性金属片的力度，从而改变A球的水平初速度．判断并观察比较两球落地的时间和运动轨迹．
(3)观察结果：可以观察到两个小球同时落地．改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，两个小球仍同时落地．
(4)实验结论：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动．
实验也可以通过听两个小球落地声音来判断两个小球是否同时落地，若两个小球落地时只有一个声音，表明两个小球同时落地．
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点
实验器材
平抛运动实验器，小钢球，刻度尺，白纸，复写纸，2块三角板，铅笔．
实验过程
(1)按照如图所示安装实验装置．
(2)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上．
(3)调节斜槽M末端水平．
(4)让钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动．钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹．
(5)上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置．
(6)用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹．
(7)根据轨迹确定水平分运动的规律．
①根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分运动的自由落体运动规律，取“相等的时间间隔”．
根据自由落体运动的位移公式h＝eq \f(1,2)gt2我们可以得出，在相邻相等的时间间隔内物体所发生的位移之比为1:3:5:…:(2n＋1)，那么我们就可以从坐标系的纵轴上选取长度分别为h,3h,5h的相邻线段，即选取纵坐标分别为h,4h,9h的三个点，如图所示．
②在平抛的轨迹上找出水平分运动在相邻相等的时间间隔里所到达的位置，例如O、A、B、C等点，就找出了水平分运动在相邻相等的时间间隔内所发生的位移．
③相等时间内水平方向的位移在实验误差允许的范围内相等，进而确定水平分运动的规律是匀速直线运动．
注意事项
(1)为了保证实验精度，必须保证背板处于竖直平面内，使平抛轨道的平面靠近板面。
(2)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止落下．
(3)坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在背板上的投影点．
误差分析
(1)安装斜槽时，其末端不水平．
(2)钢球做平抛运动时受空气阻力影响．
(3)钢球每次滚下的初位置不相同．
(4)建立坐标系时，误将斜槽口在背板上的投影点作为坐标原点.
要点一 探究平抛运动水平和竖直分运动的特点
题型一 探究平抛运动在竖直方向的运动规律
【例1】 某同学用图示装置研究平抛运动及其特点．他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开．
(1)他观察到的现象是：小球A、B________(选填“同时”或“不同时”)落地．
(2)让A、B球恢复初始状态，用较大的力敲击弹性金属片．A球在空中运动的时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)．
(3)上述现象说明：平抛运动的时间与________大小无关，平抛运动的竖直分运动是________运动．
题型二 探究平抛运动在水平方向的运动规律
【例2】 为了探究平抛运动规律，老师做了如下演示实验：
如图所示，两个相同的弧形轨道M、N位于同一竖直面内，其中M轨道末端水平，N轨道的末端与光滑的水平地面相切．两个完全相同的小钢球P、Q，以相同的水平初速度同时从轨道M、N的末端射出，观察到P落地时与Q相遇．只改变弧形轨道M的高度，多次重复实验，仍能观察到相同的现象．这说明____________________________________．
题型三 实验中的注意事项
【例3】 在“研究平抛物体的运动”的实验中：
(1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平方向，检查方法是________________________________________．
(2)小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖直线作为x轴和y轴，竖直线是用________来确定的．
(3)某同学建立的直角坐标系如图所示，设他在安装实验装置和进行实验操作时只有一处失误，即是______________．
练1 采用如图1所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验．
(1)实验时需要下列哪个器材________．
A．弹簧秤 B．重垂线 C．打点计时器
(2)做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹．下列的一些操作要求，正确的是________．
A．每次必须由同一位置静止释放小球
B．每次必须严格地等距离下降记录小球位置
C．小球运动时不应与木板上的白纸相接触
D．记录的点应适当多一些
(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如图2所示的频闪照片．在测得x1，x2，x3，x4后，需要验证的关系是____________．已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是____________．
A.eq \f(x1,T) B.eq \f(x2,2T)
C.eq \f(x3,2T) D.eq \f(x4,4T)
要点二 实验原理的迁移与创新
【例4】 (多选)在做“探究平抛运动”的实验时，让小球多次从同一高度释放，沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动的轨迹，下面列出了一些操作要求，正确的是( )
A．调节斜槽的末端保持水平
B．每次释放小球的位置必须不同
C．小球运动时不应与木板上的白纸(方格纸)相接触
D．将小球的位置记录在白纸上后，取下白纸，用直尺将点连成折线
练2 某同学用如图所示的装置研究平抛运动．在实验中，小球每次都从斜面上的同一高度下落，而放有复写纸和白纸的木板离水平桌面的高度依次调为h、2h、3h，根据小球撞击木板时在白纸上留下的点迹，可得小球平抛时的水平位移分别为x1、x2、x3，已知平抛运动在竖直方向的运动规律与自由落体运动相同，则( )
A．若x1: x2:x3＝1:2:3，则能说明小球在水平方向做匀速直线运动
B．若x1:x2:x3＝1:eq \r(2):eq \r(3)，则能说明小球在水平方向做匀速直线运动
C．若x1:x2:x3＝1:4:9，则能说明小球在水平方向做匀速直线运动
D．若x3－x2＝x2－x1，则能说明小球在水平方向做匀速直线运动
练3 某同学设计了一个研究平抛运动的实验．实验装置示意图如图甲所示，A是一块平面木板，在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图中P0P0′、P1P1′、…)，槽间距离均为d.把覆盖复写纸的白纸铺贴在平面硬板B上．实验时依次将B板插入A板的各插槽中，每次让小球从斜轨道的同一位置由静止释放．每打完一点后，把B板插入后一槽中并同时向纸面内侧平移距离d.实验得到小球在白纸上打下的若干痕迹点，如图乙所示．
(1)实验前应对实验装置反复调节，直到________．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
(2)每次将B板向内侧平移距离d，是为了________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
1．(1)在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是________．
A．游标卡尺 B．秒表 C．坐标纸
D．天平 E．弹簧测力计 F．重垂线
(2)(多选)实验中，下列说法正确的是( )
A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下
B．斜槽轨道必须光滑
C．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些
D．斜槽轨道末端可以不水平
2．如图所示，在用斜槽轨道做“研究平抛物体运动”的实验中，
(1)斜槽末端的切线必须是水平的，这样做的目的是( )
A．保证小球飞出时，速度既不太大，也不太小
B．保证小球飞出时，速度沿水平方向
C．保证小球在空中运动的时间每次都相等
(2)该实验装置对轨道的要求是( )
A．必须光滑 B．可以粗糙
3．(多选)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是( )
A．选用装置1研究平抛物体竖直分运动，应该用眼睛看A、B两球是否同时落地
B．选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定要低于水面
C．选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放
D．除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹
4．为了探究做平抛运动的物体在竖直方向的运动规律，某同学设计了下面一个实验．
(1)如图甲所示，OD为一竖直木板，小球从斜槽上挡板处由静止开始运动，离开O点后做平抛运动，右侧用一束平行光照射小球，小球在运动过程中便在木板上留下影子．如图甲是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置以及在木板上留下的影子的位置，如图中A、B、C、D点．现测得各点到O点的距离分别为5.0 cm、19.8 cm、44.0 cm、78.6 cm.试根据影子的运动情况讨论小球在竖直方向上的运动情况．(已知照相机的闪光频率为10 Hz)
(2)若将平行光改为沿竖直方向，小球在运动过程中会在地面上留下影子，如图乙所示，用频闪照相机拍摄的影子的位置如图中的O′、A′、B′、C′、D′点．现测得各点到O′点的距离分别为19.6 cm、39.8 cm、60.2 cm、79.6 cm，试根据影子的运动情况讨论小球在水平方向上的运动情况．
3．实验：探究平抛运动的特点
基础导学·研读教材
知识点一
1．重力 运动
知识点二
1．(2)重力
2．(1)匀速 加速 球心 位移 位移 坐标值 (2)匀速 自由落体 球心
互动课堂·合作探究
要点一
【例1】 【解析】 (1)根据题意，小锤敲击金属片，B球做自由落体运动而A球做平抛运动，两球在竖直方向运动情况一样，故两球同时落地．(2)根据平抛运动规律t＝eq \r(\f(2h,g))可知由高度决定运动时间，虽然初速度变大，但高度不变，所以小球运动时间不变．(3)平抛运动的时间与初速度大小无关，由高度决定，其竖直分运动是自由落体运动．
【答案】 (1)同时 (2)不变 (3)初速度 自由落体
【例2】 【解析】 两个完全相同的小钢球P、Q，以相同的水平初速度v0同时从轨道M、N的末端射出，观察到P落地时与Q相遇．只改变弧形轨道M的高度，多次重复实验，仍能观察到相同的现象．这说明做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动．
【答案】 做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动
【例3】 【解析】 (1)斜槽末端水平时小球在斜槽末端受力平衡，即放在槽口能静止不动．(2)用铅垂线来确定竖直线最准确．(3)小球有大小，应该以小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点为坐标原点．
【答案】 (1)将小球放置在槽口处轨道上，小球能保持静止 (2)铅垂线 (3)坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点
练1 解析：(1)实验时需要重垂线来确定竖直方向，不需要弹簧秤和打点计时器，故选B.(2)实验时每次必须由同一位置静止释放小球，以保证小球到达最低点的速度相同，选项A正确；每次不一定严格地等距离下降记录小球位置，选项B错误；小球运动时不应与木板上的白纸相接触，否则会改变运动轨迹，选项C正确；记录的点应适当多一些，以减小误差，选项D正确．(3)因相邻两位置的时间间隔相同，若小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，则满足x4－x3＝x3－x2＝x2－x1＝x1；由小球最后一个位置与第一个位置的水平距离计算求得的水平速度误差较小，则用eq \f(x4,4T)计算式求得的水平速度误差较小，故选D.
答案：(1)B (2)ACD (3)x4－x3＝x3－x2＝x2－x1＝x1 D
要点二
【例4】 【解析】 调节斜槽的末端保持水平，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，以保证小球获得相同的初速度，故B错误；实验要求小球滚下时不应与木板上的白纸(方格纸)接触，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C正确，D错误．
【答案】 AC
练2 解析：已知平抛运动在竖直方向的运动规律与自由落体运动相同，根据自由落体运动规律有h＝eq \f(1,2)gt2，得t＝eq \r(\f(2h,g))，则下降高度分别为h、2h、3h时，所用的时间之比为1:eq \r(2):eq \r(3)，则当水平位移之比为1:eq \r(2):eq \r(3)时，说明小球在水平方向上做匀速直线运动，选项B正确．
答案：B
练3 解析：(1)小球每次离开斜轨后，应做轨迹相同的平抛运动，所以实验前要反复调节实验装置，使斜轨末端水平．每次从同一位置由静止释放小球，是为了使小球每次运动的初速度相同．(2)每次B板插入后一槽中会使小球的水平位移增加d，所以每次将B板向纸面内侧平移d，就可以对应水平位移的变化，使B板上的x坐标能表示水平位置的变化，保证相邻痕迹点间的水平距离大小相同．
答案：(1)斜槽末端水平 保证小球水平抛出的初速度相同
(2)保证相邻痕迹点间的水平距离大小相同
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1．解析：(1)实验中需要在坐标纸上记录小球的位置，描绘小球的运动轨迹，需要利用重垂线确定坐标轴的y轴．故C、F是需要的．
(2)使小球从斜槽上同—位置自由滑下，才能保证每次的轨迹相同，A正确；斜槽没必要必须光滑，只要能使小球滑出的初速度相同即可，B错误；实验中记录的点越多，轨迹越精确，C正确；斜槽末端必须水平，才能保证小球离开斜槽后做平抛运动，D错误．
答案：(1)CF (2)AC
2．解析：(1)斜槽末端水平，就是保证小球沿水平方向飞出，选项B正确；小球速度大小与释放位置有关，空中运动的时间由抛出点的高度决定，A、C错．
(2)实验轨道无须光滑．
答案：(1)B (2)B
3．解析：选用装置1研究平抛物体竖直分运动，由于两个小球不是落在同一点，应该用耳朵听A、B两球是否同时落地，A操作不合理；只有当装置2中竖直管上端A低于水面时才能保证出水口处水压恒定，水流速度恒定，就能获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，所以B操作合理；选用装置图3要获得钢球的平抛轨迹，每次一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球，才能保证平抛小球的初速度相同，所以C操作不合理；能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒15帧的录像获得平抛轨迹，D操作合理．所以正确选项是B、D.
答案：BD
4．解析：(1)小球运动过程中在木板上留下的影子反映了小球在竖直方向的运动情况．照相机的闪光周期T＝0.1 s，影子在连续闪光时间内的位移分别为x1＝5.0 cm、x2＝14.8 cm、x3＝24.2 cm、x4＝34.6 cm.
根据Δx＝aT2可得
x3－x1＝2a1T2
x4－x2＝2a2T2
所以影子运动的加速度a＝eq \f(a1＋a2,2)＝eq \f(x3＋x4－x1＋x2,4T2)≈9.8 m/s2.
加速度约等于重力加速度，可见，小球在竖直方向的运动为自由落体运动．
(2)小球在地面上留下的影子的运动情况反映了小球在水平方向的运动情况．各点到O′点的距离即小球在对应时间内在水平方向上的位移，可以作出位移—时间图像来判断小球在水平方向的运动情况，如答图所示．
由图像可以看出，小球水平方向的位移—时间图线为一条经过原点的直线，说明位移随时间均匀变化．即影子的运动为匀速直线运动．也就说明小球在水平方向的运动为匀速直线运动．
答案：见解析
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