(新)高中物理第五章曲线运动3实验：研究平抛运动课时作业新人教版必修2

实验：研究平抛运动

时间：45分钟

一、单项选择题

1．在做“研究平抛物体的运动”实验中，需要测量的物理量有( ) A ．小球的质量

B ．小球的释放点到斜槽末端的竖直高度

C ．运动轨迹上某点到原点的距离

D ．运动轨迹上某点到原点的水平距离和竖直距离

解析：该实验的目的是描轨迹和测初速度v 0.要测v 0需求出运动时间和水平位移大小，由t ＝

2h

g

可知，求时间需要测小球的下落高度，即竖直位移．

答案：D

2．从同一高度以不同的速度水平抛出两个质量不同的石子，下列说法正确的是( ) A ．初速度大的先落地 B ．质量大的先落地 C ．两个石子同时落地

D ．无法判断

解析：依据x ＝v 0t ，h ＝12gt 2

判断，重力加速度与质量无关，B 错误；水平方向为匀速直

线运动，竖直方向为自由落体运动，下落时间与水平速度无关，C 正确，A 、D 错误．故答案为C.

答案：C

3.如图所示，在研究平抛运动时，小球A 沿轨道滑下，离开轨道末端(末端水平)时撞开轻质接触式开关S ，被电磁铁吸住的小球B 同时自由下落．改变整个装置的高度H 做同样的实验，发现位于同一高度的A 、B 两球总是同时落地．该实验现象说明了A 球在离开轨道后( )

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

解析：改变高度做实验，发现A、B仍同时落地，只能说明A球的竖直分运动与B球自由落体运动情况相同，故C项正确．

答案：C

4．从水平水管中喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹，从水柱的形状我们可以想到( ) A．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越快

B．由于水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该越来越慢

C．尽管水柱是向下弯曲的，它在竖直方向的速度应该是不变的

D．从水柱是向下弯曲的这一现象，我们无法想到什么

解析：从水平水管喷出的水柱显示了平抛运动的轨迹，水柱弯曲方向向下，是因为受到重力的作用，且在竖直方向上加速，速度应该越来越快．

答案：A

5．做杂技表演的汽车从高台水平飞出，在空中运动一段时间后着地．记者从侧面用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3幅运动照片，如图所示．已知相邻两次曝光的时间间隔相等，汽车的长度为l，则下列说法不正确的是( )

A．从左边一幅照片可推算出汽车的水平分速度大小

B．从左边一幅照片可推算出相邻两次曝光的时间间隔

C．从中间一幅照片可推算出照片中间的小汽车对应时刻的速度

D．从右边一幅照片可推算出汽车的水平分速度

解析：由平抛运动的实验规律可得：小车在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，可以从图中读出水平方向的格数是汽车的水平位移，竖直方向由Δs＝aT2可

求出每段的时间间隔，从而求出水平速度，A、B正确；C项中，由匀变速运动规律v中＝s

2T

得竖直分速度，与水平分速度矢量合成可求出中间对应时刻的速度．而D项中，小车已落地，不再符合平抛运动规律，无法推算．

答案：D

二、多项选择题

6．在做“研究平抛物体的运动”实验时，下列说法正确的是( )

A．安装有斜槽的木板时，一定要注意检查斜槽末端切线是否水平、木板是否竖直

B．斜槽必须光滑

C．每次实验都要把小球从同一位置由静止释放

D．实验的目的是描出小球的运动轨迹，分析平抛运动水平和竖直分运动的规律

解析：做本实验必须使斜槽末端切线水平，使钉有坐标纸的木板竖直，以确保小球水平飞出和正确画出坐标轴．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，选项B错误．小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下，可保证小球每次飞出的初速度相同．本实验的目的是描绘平抛运动轨迹，并计算平抛运动的初速度，D错误．

答案：AC

7．为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图所示的装置进行实验．小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落．关于该实验，下列说法中正确的有( )

A．两球的质量应相等

B．两球应同时落地

C．应改变装置的高度，多次实验

D．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动

解析：物体做自由落体运动的运动情况与物体的质量无关，两球质量没有必要相等，选项A错误；改变装置的高度，且每次都同时落地，才能说明A球在竖直方向做自由落体运动，选项B、C正确；本实验不能说明A球在水平方向上做匀速直线运动，选项D错误．答案：BC

8．如图所示，方格坐标每一小格边长为10 cm，一物体做平抛运动时分别经过O、a、b 三点，重力加速度g取10 m/s2，则下列结论正确的是( )

A．O点就是抛出点

B．a点速度v a与水平方向成45°角

C．小球抛出速度v＝1 m/s

D．小球经过a点的速度为13

2

m/s

解析：由于O、a、b三点水平方向距离相等，说明t Oa＝t ab，若O点为抛出点，则在竖直方向连续相等时间内通过的位移之比为135，而从题图看，竖直方向相等时间内位移之比为12，所以O点不是抛出点，故A错．

因O 到a 的位移方向与水平方向成45°，所以物体经过a 点时速度方向与水平方向夹角肯定大于45°，故B 错．

根据匀变速直线运动公式a ＝Δs t 2，a ＝g ＝10 m/s 2

，得t ＝

Δs

g

＝ s ＝t Oa ＝t ab .水平方

向匀速运动，速度v ＝v x ＝s

t

＝1 m/s ，故C 对．

小球经过a 点时竖直方向分速度v ay ＝s Oby

t Ob

＝错误! m/s ＝ m/s ，得v a ＝错误!＝错误! m/s ，故D 对．

答案：CD 三、非选择题

9．某同学课外研究平抛物体的运动，并将实验中测出的两物理量Q 和S 的数值填表如下，

Q 和S 的单位相同但没有写出．(g 取10 m/s 2).

(1)上表中Q (2)若上表中Q 和S 用的都是国际单位制中的单位，则平抛物体的水平速度为________m/s.

解析：(1)由Q 和S 的变化规律知，Q 为平抛物体的水平位移，S 为平抛物体的竖直位移．(2)由表格可知，竖直方向上平抛物体在相等的时间间隔内通过的位移之差为Δy ＝ m ，由Δy ＝gT 2

，得T ＝

Δy

g ＝ s ．水平方向上平抛物体在相等时间内的位移x ＝ m ，则平抛物体的

水平速度为v 0＝x

T

＝错误! m/s ＝ m/s.

答案：(1)水平位移 竖直位移 (2)

10．一个同学在“研究平抛物体的运动”实验中，只画出了如图所示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平距离Δx 相等的三点A 、B 、C ，量得Δx ＝ m ．又量出它们之间的竖直距离分别为h 1＝ m ，h 2＝ m ，利用这些数据，可求得：(g 取10 m/s 2

)

(1)物体抛出时的初速度为________ m/s ； (2)物体经过B 点时竖直分速度为________m/s ； (3)抛出点在A 点上方的高度为________m 处．

解析：(1)在竖直方向上，由Δy ＝gT 2

得h 2－h 1＝gT 2

，即 m － m ＝10T 2

. 解得时间间隔T ＝ s. 在水平方向上，由Δx ＝v 0T 得

0．2 m ＝v 0× s，解得初速度v 0＝2 m/s.

(2)B 点是A 到C 过程中时间的中点，则竖直方向上AC 段的平均速度即为B 点的竖直分速度，有v By ＝v

ACy

＝

h 1＋h 2

2T

＝错误! m/s ＝ m/s. (3)设抛出点与B 点的竖直高度为H ，则

H ＝v 2By

2g

＝错误! m ＝ 5 m.

故抛出点到A 点的竖直高度

H A ＝H －h 1＝ 5 m.

另解：由v y ＝gt 知v By ＝gt B . 则抛出点到B 点的时间

t B ＝错误! s ＝ s.

则抛出点到A 点的时间

t A ＝t B －T ＝ s.

可得抛出点距A 点的高度

h A ＝1

2

gt 2A ＝ 5 m.

答案：(1)2 (2) (3) 5

11．利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图甲所示，在悬点O 正下方有水平放置的炽热的电热丝P ，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，MN 为水平木板．已知悬线长为

L ，悬点与木板间的距离OO ′＝h (h >L )．

(1)电热丝P必须置于悬点正下方的理由是________________.

(2)将小球向左拉起后自由释放，最后小球落在木板上的C点，O′C＝x，则小球做平抛运动的初速度v0＝________.

(3)在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向间的夹角θ，小球落点与O′点的水平距离x将随之改变，经多次实验，以x2为纵坐标，cosθ为横坐标，得到如图乙所示图象，则当θ＝30°时，x为________m.

解析：本题是利用单摆描绘平抛运动的轨迹，属实验原理的迁移应用．

(1)使小球运动到悬点正下方时，速度为水平方向，保证小球做平抛运动．

(2)小球做平抛运动的下落高度H＝h－L，满足h－L＝1

2

gt2，x＝v0t，由此得v0＝

x

g

2h－L

.

(3)由x2－cosθ图象可知，x2与cosθ的关系满足x2＝a cosθ＋b，将(0,和,0)代入，

解得a＝－，b＝.则x2与cosθ的关系为x2＝－2cosθ＋2.当θ＝30°时，可解得x≈ m.

答案：(1)使小球运动的初速度v0为水平方向，以保证小球做平抛运动

g 2h－L (3)

(2)x