專題06 探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)——【備考2023】高考物理實(shí)驗(yàn)題專項(xiàng)精講精練學(xué)案（原卷版+解析版）-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1.“描跡法”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
利用實(shí)驗(yàn)室的斜面小槽等器材裝配如圖所示的裝置。鋼球從斜槽上滾下，通過(guò)水平槽飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)。每次都使鋼球從斜槽上同一位置由靜止釋放，鋼球每次在空中做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡就相同。設(shè)法用鉛筆描出小球經(jīng)過(guò)的位置。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，在豎直白紙上記錄鋼球經(jīng)過(guò)的多個(gè)位置，用平滑的曲線將各點(diǎn)連接起來(lái)，從而得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。這樣我們就可以利用運(yùn)動(dòng)軌跡研究平拋運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，確定平拋運(yùn)動(dòng)中的各個(gè)物理量。
2.實(shí)驗(yàn)步驟
(1)安裝調(diào)整斜槽：將固定有斜槽的木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，用平衡法檢查斜槽末端是否水平，即將小球放在斜槽末端的直軌道上，小球若能靜止在直軌道上的任意位置，則表明斜槽末端已調(diào)水平。
(2)安裝調(diào)整豎直木板：用圖釘把坐標(biāo)紙釘在豎直木板上，并用懸掛在槽口的重垂線檢查坐標(biāo)紙上的豎直線是否豎直，然后固定豎直木板，保證在重復(fù)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，木板與斜槽的相對(duì)位置保持不變。
(3)確定坐標(biāo)原點(diǎn)及坐標(biāo)軸：選定斜槽末端處小球球心在木板上的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，從坐標(biāo)原點(diǎn)O畫(huà)出豎直向下的y軸和水平向右的x軸。
(4)描繪運(yùn)動(dòng)軌跡：讓小球從斜槽的某一固定位置由靜止?jié)L下，并從O點(diǎn)開(kāi)始做平拋運(yùn)動(dòng)，先用眼睛粗略地確定小球在某一x值處(如x=1cm)的y值，然后使小球從開(kāi)始時(shí)的位置滾下，在粗略確定的位置附近，用鉛筆較準(zhǔn)確地確定小球通過(guò)的位置（小球剛好經(jīng)過(guò)鉛筆尖處），并在坐標(biāo)紙上記下這一點(diǎn)，以后依次改變x的值，用同樣的方法確定其他各點(diǎn)的位置。取下坐標(biāo)紙，用平滑的曲線把這些點(diǎn)連接起來(lái)，就得到小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。
3.數(shù)據(jù)處理
(1)已知拋出點(diǎn)O：在軌跡上任取一點(diǎn)，測(cè)出對(duì)應(yīng)的x、y，由和得。
(2)未知拋出點(diǎn)：
①在軌跡上取兩點(diǎn)A、B，使。
②測(cè)出、。
③由于平拋運(yùn)動(dòng)水平方向上為勻速直線運(yùn)動(dòng)，。
則物體從O到A和從A到B時(shí)間相同，設(shè)為T(mén)，則，得。
典例1：（2022·浙江·高考真題）在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，以小鋼球離開(kāi)軌道末端時(shí)球心位置為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立水平與豎直坐標(biāo)軸。讓小球從斜槽上離水平桌面高為h處?kù)o止釋放，使其水平拋出，通過(guò)多次描點(diǎn)可繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)球心的軌跡，如圖所示。在軌跡上取一點(diǎn)A，讀取其坐標(biāo)（x0，y0）。
①下列說(shuō)法正確的是_______。
A．實(shí)驗(yàn)所用斜槽應(yīng)盡量光滑
B．畫(huà)軌跡時(shí)應(yīng)把所有描出的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來(lái)
C．求平拋運(yùn)動(dòng)初速度時(shí)應(yīng)讀取軌跡上離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)的數(shù)據(jù)
②根據(jù)題目所給信息，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度大小v0=_______。
A． B． C． D．
③在本實(shí)驗(yàn)中要求小球多次從斜槽上同一位置由靜止釋放的理由是_______。
典例2：（2021·全國(guó)·高考真題）某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖（b）所示（圖中未包括小球剛離開(kāi)軌道的影像）。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖（b）中標(biāo)出。
完成下列填空：（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）
（1）小球運(yùn)動(dòng)到圖（b）中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為_(kāi)__________，豎直分量大小為_(kāi)__________；
（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮開(kāi)__________。
1．（2022·浙江寧波·模擬）（1）以下三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，用到“控制變量”實(shí)驗(yàn)方法的是______（單選）；
A．“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”
B．“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”
C．“研究自由下落物體的機(jī)械能”
（2）下列器材中，上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要用到的是______（單選）；
A． B． C． D．
（3）如圖所示，某同學(xué)做“探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”實(shí)驗(yàn)，關(guān)于該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作，下列改進(jìn)建議合理的是______（多選）。
A．適當(dāng)增加細(xì)繩的長(zhǎng)度 B．適當(dāng)增大兩細(xì)繩間的夾角
C．適當(dāng)增大彈簧測(cè)力計(jì)的拉力 D．盡量減少?gòu)椈蓽y(cè)力計(jì)外殼與桌面間的摩擦
2．（2022·海南·樂(lè)東黎族自治縣樂(lè)東中學(xué)模擬）（1）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的家庭實(shí)驗(yàn)裝置，如圖所示讓一個(gè)水平桌面靠近墻面，在墻上附上白紙和復(fù)寫(xiě)紙，在水平桌面上固定放置一個(gè)斜面，每次都讓鋼球從斜面上滾下，滾過(guò)桌邊后鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)，最終打在墻上，記錄鋼球的落點(diǎn)。改變桌子和墻之間的距離，就可以得到多組數(shù)據(jù)，從而可以得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。不計(jì)空氣阻力，重力加速度取。
①關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，以下說(shuō)法中正確的是______（填選項(xiàng)前的字母序號(hào)）
A．必須保證鋼球每次從同一位置由靜止?jié)L下
B．必須保證水平桌面和斜面是光滑的
C．必須保證斜面底端與桌邊的距離不變
②為了得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，必須測(cè)量的物理量包括______（填選項(xiàng)前的字母序號(hào)）
A．桌子右邊緣和墻之間的距離
B．鋼球的質(zhì)量
C．桌面距地面的高度
（2）在用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，正確操作后得到如圖2所示的一條紙帶。紙帶上為選取的7個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的頻率是50 Hz。現(xiàn)測(cè)得兩點(diǎn)之間的距離為= 2.78 cm，兩點(diǎn)之間的距離為= 15.98 cm。回答下列問(wèn)題：
①相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為_(kāi)_____s。
②當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，小車的瞬時(shí)速度為=______m/s。（計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）
③根據(jù)紙帶求得小車的加速度大小為=______m/s2。
【答案】（1） AC A （2）
3．（2022·廣東惠州·模擬）在地球上用如圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。懸點(diǎn)O正下方P點(diǎn)處有水平放置的刀片，當(dāng)懸線擺至P點(diǎn)處時(shí)能輕易被割斷，小球由于慣性向前飛出做平拋運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)對(duì)小球采用頻閃數(shù)碼照相機(jī)連續(xù)拍攝。在有坐標(biāo)紙的背景屏前，拍下了小球在平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的多張照片，經(jīng)合成后，照片如圖乙所示。a、b、c、d為連續(xù)四次拍下的小球位置，已知照相機(jī)連續(xù)拍照的時(shí)間間隔是。照片大小如圖中坐標(biāo)所示，又知該照片的長(zhǎng)度與實(shí)際背景屏的長(zhǎng)度之比為，則：
（1）由已知信息，可知a點(diǎn)___________（選填“是”或“不是”）小球的拋出點(diǎn)。
（2）由已知信息，若不計(jì)其他阻力，可以算出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度是________。（保留兩位有效數(shù)字）
（3）由已知信息，可以推算出地球表面的重力加速度為_(kāi)_______（保留兩位有效數(shù)字）
4．（2022·海南·昌江黎族自治縣礦區(qū)中學(xué)二模）在“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，可以描繪出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)要步驟如下：
A．讓小球多次由靜止從斜槽上的___________（選填“同一”或“不同”）位置滾下，記下小球碰到鉛筆筆尖的一系列位置。
B．按圖1安裝好器材，注意調(diào)整斜槽末端沿___________方向，記下平拋初位置O點(diǎn)和過(guò)O點(diǎn)的豎直線。
C．取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為y軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫(huà)出平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡。
D．完成上述步驟，將正確的答案填在橫線上。
E．上述實(shí)驗(yàn)步驟A、B、C的合理順序是___________。
F．某同學(xué)在做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)得到了如圖2中的運(yùn)動(dòng)軌跡，a、b、c點(diǎn)的位置在運(yùn)動(dòng)軌跡上已標(biāo)出。則：小球平拋的初速度為_(kāi)__________m/s。（g=10m/s2，計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字）
5．（2022·山東師范大學(xué)附中模擬）利用智能手機(jī)自帶的各種傳感器可以完成很多物理實(shí)驗(yàn)。某同學(xué)利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，結(jié)合手機(jī)的傳感器功能測(cè)定當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋瑢?shí)驗(yàn)步驟如下：
I．實(shí)驗(yàn)前用游標(biāo)卡尺測(cè)出小球的直徑d=5.00mm；
II．實(shí)驗(yàn)裝置中固定軌道AB的末端水平，在軌道末端安裝一光電門(mén)，光電門(mén)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連，測(cè)量小球離開(kāi)軌道時(shí)的速度。將小球從軌道的某高度處由靜止釋放，小球運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，打到豎直記錄屏MN上，記下落點(diǎn)位置。然后通過(guò)手機(jī)傳感器的測(cè)距功能，測(cè)量并記錄小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平距離x和豎直下落距離h；
III．多次改變屏MN與拋出點(diǎn)B的水平距離x，使小球每次都從軌道的同一位置處由靜止釋放，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，記錄多組x、h數(shù)據(jù)，如下表所示
請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù)，完成下列問(wèn)題：
（1）在答題卡給定的坐標(biāo)紙上做出的圖像；_______
（2）若光電計(jì)時(shí)器記錄的平均遮光時(shí)間，根據(jù)上述圖像求得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮=______m/ s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）；
（3）若實(shí)驗(yàn)中，每次記錄的h值均漏掉了小球的半徑，按照上述方法計(jì)算出的重力加速度大小與真實(shí)值相比_______。（選填“偏大”“偏小”或“不變”）。
6．（2022·北京西城·二模）某同學(xué)做“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)。
（1）該同學(xué)先用圖1所示的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他用小錘打擊彈性金屬片，A球就水平飛出，同時(shí)B球被松開(kāi)，做自由落體運(yùn)動(dòng)，改變小球距地面的高度和打擊小球的力度，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，均可以觀察到A、B兩球同時(shí)落地。關(guān)于本實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是( )
A．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上是勻速直線運(yùn)動(dòng)
B．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上是自由落體運(yùn)動(dòng)
C．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以同時(shí)說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
（2）為了在（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，該同學(xué)用圖2所示的器材繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，描繪出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。如圖3所示，以小球的拋出點(diǎn)O為原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)閥軸建立坐標(biāo)系。該同學(xué)在軌跡上測(cè)量出A、B、C三點(diǎn)的坐標(biāo)分別為、和。如果坐標(biāo)滿足___________關(guān)系，說(shuō)明小球拋出后在O、A、B、C相鄰兩點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷了相等的時(shí)間間隔。同時(shí)，如果坐標(biāo)還滿足___________關(guān)系，那么證明小球的水平分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)。
（3）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究平拋運(yùn)動(dòng)的家庭實(shí)驗(yàn)裝置。如圖4所示，在一個(gè)較高的塑料筒側(cè)壁靠近底部的位置鉆一個(gè)小孔，在小孔處沿水平方向固定一小段吸管作為出水口。將塑料筒放在距地面一定高度的水平桌面上，在筒中裝入一定高度的水，水由出水口射出，落向地面，測(cè)量出水口到地面的高度y和水柱的水平射程x。在實(shí)驗(yàn)測(cè)量的過(guò)程中，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)測(cè)量水柱的水平射程x時(shí)，若測(cè)量讀數(shù)太慢，x的數(shù)值會(huì)變化。
a.請(qǐng)分析水平射程x的數(shù)值變化的原因。( )
b.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選用直徑較大的容器，還是直徑較小的容器？請(qǐng)說(shuō)明判斷依據(jù)。( )
7．（2022·重慶·模擬）用如圖甲所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。將白紙和復(fù)寫(xiě)紙對(duì)齊重疊并固定在豎直的硬板上。小球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點(diǎn)飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，小球落在擋板上時(shí)，小球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放小球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。
（1）下列實(shí)驗(yàn)條件必須滿足的有____________。
A．斜槽末端可以不水平
B．每次從斜槽上相同的位置由靜止釋放小球
C．在描繪小球的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，實(shí)驗(yàn)所得的相鄰兩點(diǎn)均應(yīng)用直線連接起來(lái)
（2）圖乙是實(shí)驗(yàn)所得的一部分坐標(biāo)紙，測(cè)得小格的邊長(zhǎng)為a，小球經(jīng)過(guò)相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為T(mén)，則小球通過(guò)B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度大小為_(kāi)___________，小球從Q點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)經(jīng)歷的時(shí)間為_(kāi)___________。
8．（2022·廣東·順德一中模擬）某同學(xué)利用圖（a）所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)時(shí)該同學(xué)使用頻閃儀和照相機(jī)對(duì)做平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行拍攝，頻閃儀每隔0.05s發(fā)出一次閃光，某次拍攝后得到的照片如圖（b）所示（圖中未包括小球剛離開(kāi)軌道的影像）。圖中的背景是放在豎直平面內(nèi)的帶有方格的紙板，紙板與小球軌跡所在平面平行，其上每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為5cm。該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的小球影像的高度差已經(jīng)在圖（b）中標(biāo)出。
完成下列填空：（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）
（1）小球運(yùn)動(dòng)到圖（b）中位置A時(shí)，其速度的水平分量大小為_(kāi)__________ m/s，豎直分量大小為_(kāi)__________ m/s；
（2）根據(jù)圖（b）中數(shù)據(jù)可得，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮開(kāi)__________ m/s2。
（3）請(qǐng)談此實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意哪些操作（說(shuō)兩個(gè)操作）：______________________________________。
9．（2022·遼寧丹東·二模）利用頻閃儀給運(yùn)動(dòng)物體拍照是研究物體做變速運(yùn)動(dòng)常用的實(shí)驗(yàn)手段。在暗室中，照相機(jī)的快門(mén)處于常開(kāi)狀態(tài)，頻閃儀每隔一定時(shí)間發(fā)出一次短暫的強(qiáng)烈閃光，照亮運(yùn)動(dòng)的物體，于是膠片上記錄了物體在幾個(gè)閃光時(shí)刻的位置。某物理小組利用圖甲所示裝置探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。他們分別在該裝置正上方A處和右側(cè)正前方B處安裝了頻閃儀并進(jìn)行了拍攝，得到的頻閃照片如圖乙所示，O為拋出點(diǎn)，P為運(yùn)動(dòng)軌跡上某點(diǎn)。根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析下列問(wèn)題（g取10m/s2）。
（1）下面說(shuō)法正確的是_____（填選項(xiàng)前的字母）。
A．使用密度大、體積小的小球
B．必須測(cè)出平拋小球的質(zhì)量
C．斜槽軌道末端切線水平
D．盡量減小小球與斜槽之間的摩擦力
（2）圖乙中，頻閃儀B所拍攝的頻閃照片為乙圖中的_________（選填“a”或“b”）。
（3）測(cè)得圖乙（a）中OP距離為45cm，（b）中OP距離為30cm，小球在P點(diǎn)速度大小應(yīng)為_(kāi)______m/s。（結(jié)果可用根號(hào)表示）
10．（2022·新疆·疏勒縣實(shí)驗(yàn)學(xué)校模擬）小明用如圖甲所示的裝置“研究平拋運(yùn)動(dòng)及其特點(diǎn)”，他的實(shí)驗(yàn)操作是：在小球A、B處于同一高度時(shí)，用小錘輕擊彈性金屬片使A球水平飛出，同時(shí)B球被松開(kāi)。
（1）他觀察到的現(xiàn)象是：小球A、B_______（填“同時(shí)”或“先后”）落地；
（2）讓A、B球恢復(fù)初始狀態(tài)，用較大的力敲擊彈性金屬片，A球在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間_______（填“變長(zhǎng)”“不變”或“變短”）；
（3）然后小明用圖乙所示方法記錄平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，由于沒(méi)有記錄拋出點(diǎn)，如圖丙所示，數(shù)據(jù)處理時(shí)選擇A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)（0，0），結(jié)合實(shí)驗(yàn)中重錘方向確定坐標(biāo)系，丙圖中小方格的邊長(zhǎng)均為0.05m，g取10m/s2，則小球運(yùn)動(dòng)中水平分速度的大小為_(kāi)____m/s，小球經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)的速度大小為_(kāi)_____m/s。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）實(shí)驗(yàn)順序
1
2
3
4
5
x（cm）
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
x2（×10-2m2）
1.00
2.25
4.00
6.25
9.00
h（cm）
4.87
10.95
19.50
30.52
43.91

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