2022届新高考物理实验题解析十三：研究平抛运动（解析版）

实验十三研究平物运动

—2022届高考物理实验题解析

1.2021全国乙卷第9题.

某同学利用图（a）所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的

小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图（b）所示（图中未包括

小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面

平行，其上每个大方格的边长为5cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图（b）中标

出。

图(b)

完成下列填空：（结果均保留2位有效数字）

（1）小球运动到图（b）中位置/时，其速度的水平分量大小为.m/s,竖直分量大小为

m/s；

（2）根据图（b）中数据可得，当地重力加速度的大小为m/s2o

【答案】(1).1.0(2).2.0(3).9.7

【解析】

（1）［1］因小球水平方向做匀速直线运动，因此速度为

v=—=m/s=1.0m/s

n°t0.05

［2］竖直方向做自由落体运动，因此A点的竖直速度可由平均速度等于时间中点的瞬时速度求得

8x5x10-2

vm/s=2.0m/s

.0.05x4

（2）［3］由竖直方向的自由落体运动可得g=为+一y

代入数据可得g=9.7m/s2。

2.某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上，

在桌面上固定一个斜面，斜面的底边防与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让

钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。

调节螺旋

图I

①为了正确完成实验，以下做法必要的是o

A.实验时应保持桌面水平

B.每次应使钢球从静止开始释放

C.使斜面的底边ab与桌边重合

D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面

②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2m,在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的

距离依次为15.0cm、25.0cm、35.0cm,示意如图2。重力加速度g=10m/s),钢球平抛的初速度为

___________m/so

图2

③图1装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是o

【答案】(1).AB(2).2(3).方便调整木板保持在竖直平面上

【解析】①[1]A.实验过程中要保证钢球水平抛出，所以要保持桌面水平，故A正确；

B.为保证钢球抛出时速度相同，每次应使钢球从同一位置静止释放，故B正确；

CD.实验只要每次钢球抛出时速度相同即可，斜面底边助与桌面是否重合和钢球与斜面间的摩擦力大小

对于每次抛出的速度无影响，故C错误，D错误。

故选AB。

②[2]每次将木板向远离桌子的方向移动0.2m,则在白纸上记录钢球的相邻两个落点的时间间隔相等，

刚球抛出后在竖直方向做自由落体运动，根据©=g〃可知相邻两点的时间间隔为

（25-15）?W2

T=------------s=O.ls

Vio

r02

刚球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球初速度为u=-=—m/s=2m/s

T0.1

③[3]悬挂铅垂线的目的是方便调整木板保持在竖直平面上。

3.用如图1所示装置研究平地运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道户

襦下后从。点飞出，落在水平挡板砒。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在

白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。

硬板白纸

图1

（1）下列实验条件必须满足的有»

A.斜槽轨道光滑

B.斜槽轨道末段水平

C.挡板高度等间距变化

D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球

（2）为定量研究，建立以水平方向为询、竖直方向为谢的坐标系。

a.取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于。点，钢球的（选填“最上端”、

”最下端"或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定谕时（选填“需要”

或者“不需要”）询与重锤线平行。

b.若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取小B、C

三点，渤加的水平间距相等且均为X,测得后D应的竖直间距分别是刀和肉则自1

（选填“大于”、“等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为

_（已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示）。

(3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是。

A.从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹

B.用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛

运动轨迹

C.将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白

纸上留下笔尖的平抛运动轨迹

(4)伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它

们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体。

A.在水平方向上做匀速直线运动

B.在竖直方向上做自由落体运动

C.在下落过程中机械能守恒

(5)牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度

足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。

同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分

析原因。

【答案】21.(18分)(1)BD(2)a.球心需要b.大于(3)AB(4)B

V2-yi

(5)物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力——重力，做平抛运动；随着物体初速

度增大，运动范围变大，引力不能再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成

为地球卫星。

【解析】(1)斜槽末段水平保证钢球平抛。

y-y,x

（2）b.丫2-2=gT?,所以T=--2---,%=不=》.

gT

4.如图所示，在研究平抛运动时，小球力沿轨道滑下，离开轨道末端(末端

水平)时撞开轻质接触式开关S,被电磁铁吸住的与轨道末端等高的小球8

同时自由下落.改变整个装置的高度〃和改变力球释放时的初位置做同样

的实验，发现从8两球总是同时落地.

(1)该实验现象揭示了4球在离开轨道后在方向上分运动

的规律;

（2）该实验装置