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高中物理实验研究平抛运动

§5.3实验:

研究平抛运动

【学习目标】

1.知道用实验获得平抛运动轨迹的方法;

2.掌握判断平抛运动轨迹是否是抛物线的方法,推导平抛初速度的测量式并计算初速度.

【学习过程】

一、实验原理

1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

抛物线的解析式是

.取起抛点为坐标原点,在轨迹线上任取若干点Mi(xi,yi),假

若轨迹线是抛物线,则将各点坐标值代入解析式

求得的a应该在误差允许范围内相同.

2.求平抛初速度

如图所示为平抛运动的轨迹,O点是起点.测量B点的坐标为x、y,设O-B运动时间为t,初速度为v0,则:

   

两式消掉t,初速度       .测量了某位置坐标(x,y)就可以用此式计算初速度.

拓展:

右图为案例二的实验装置.设A、B间的高度差为h,大气压强为P0,A点的压强   ,喷嘴B处压强    ,可见,喷嘴B处出射的水有相同的初速度.

二、实验步骤

(教材给同学们提供了三种研究平抛运动的案例,本节课,以案例一为例开展研究.)

1.安装调平:

将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上,其末端伸出桌面外,轨道末端切线水平,如图所示.

2.

建坐标系:

用图钉把坐标纸固定在竖直木板上,把木板调整到竖直平面.使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近,把小球放在槽口处.用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点O,O点即为坐标原点,沿重垂线的方向画出过坐标原点的竖直线,作为y轴,过O点画出水平向右的x轴.

3.确定球的位置:

将小球从斜槽上某一位置由静止滑下,小球从轨道末端射出,先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值,然后让小球由同一位置自由滚下,在粗略确定的位置附近利用带孔的硬纸板较准确地找出小球通过的位置,并在坐标纸上用铅笔记下该点.用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置.

4.描绘轨迹:

取下坐标纸,将坐标纸上记下的一系列点,用平滑曲线连起来,即得到小球平抛运动轨迹.

三、数据处理

计算初速度:

在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点A、B、C、D、E、F,用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x,y),并记录在下面的表格中。

已知g值,利用公式

求出小球做平抛运动的初速度v0,最后算出v0的平均值.

四、注意事项

1.实验中必须调整斜槽末端的切线水平.检验是否水平的方法是:

将小球放在斜槽末端水平部分,将其向两边各轻轻拨动一次,看其是否有明显的运动倾向.

2.方木板必须处于竖直平面内,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直.

3.小球每次必须从斜槽上同一位置滚下.

4.坐标原点应是小球出槽口时球心在木板上的投影点.

5.小球开始滚下的位置高度要适中,以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜.

6.在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度.

【导析探究】

导析1:

研究平抛运动的基本思路

【例1】在“探究平抛运动的运动规律”的实验中,可以描绘出小球平抛运动的轨迹,实验简要步骤如下:

A.让小球多次从________位置滚下,记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置.

B.按图安装好器材,注意________,记下初位置O点和过O点的竖直线.

C.取下白纸,以O为原点,以竖直线为y轴、作y轴垂线为x轴,建立坐标系,用平滑曲线将这一系列位置连起来.

(1)完成上述步骤,将正确的答案填在横线上.

(2)上述实验步骤的合理顺序是________.

[例2]如图所示,在研究平抛运动时,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

导析2:

图线的处理方法

[例3]在“研究平抛物体运动”的实验中,某同学记录了运动轨迹上三点A、B、C,如图所示,以A为坐标原点,建立坐标系,各点坐标值已在图中标出。

求:

(1)小球平抛运动的初速度大小。

(2)小球做平抛运动的初始位置坐标。

 

[例3]在研究平抛运动的实验中,用一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L=1.25cm,若小球在平抛运动途中的几个位置如图a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式为v0=________(用L、g表示),其值是________(取g=9.8m/s2)

 

【课堂检测】

1.如果本实验在测平抛运动物体的初速度时产生误差,与误差无关的是()

A.弧形槽与球间有摩擦

B.弧形槽末端切线不水平

C.小球受空气阻力

D.小球每次自由滚下的位置不同

2.甲、乙、丙三个小球分别位于如图所示的竖直平面内,甲、乙在同一条竖直线上,甲、丙在同一条水平线上,水平面上的P点在丙的正下方,在同一时刻甲、乙、丙开始运动,甲以水平速度v0平抛,乙以水平速度v0沿水平方向向右做匀速直线运动,丙做自由落体运动.则()

A.若甲、乙、丙三球同时相遇,则一定发生在P点

B.若甲、丙二球在空中相遇,此时乙球一定在P点

C.若只有甲、乙二球在水平面上相遇,此时丙球还未着地

D.无论初速度v0大小如何,甲、乙、丙三球一定会同时在P点相遇

高考理综物理模拟试卷

注意事项:

1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。

3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。

4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

 

一、单项选择题

1.如图所示,地球绕太阳的运动与月亮绕地球的运动可简化成同一平面内的匀速圆周运动,农历初一前后太阳与月亮对地球的合力约为F1,农历十五前后太阳与月亮对地球的合力约为F2,则农历初八前后太阳与月亮对地球的合力约为()

A.F1+F2

B.

C.

D.

2.某同学在操场练习投篮,设某次投篮篮球最后正好垂直击中篮板,击中点到篮球脱手点高度大约为0.45m,同学离篮板的水平距离约为3m,忽略空气阻力的影响(g取10m/s2).则球出手时的速度大约为()

A.14.21m/sB.6.25m/sC.8.16m/sD.10.44m/s

3.某运动员(可看作质点)参加跳台跳水比赛,t=0是其向上起跳离开跳台瞬间,其速度与时间关系图象如图所示不计空气阻力,则下列说法错误的是

A.可以求出水池的深度

B.可以求出平台距离水面的高度

C.0~t2时间内,运动员处于失重状态

D.t2~t3时间内,运动员处于超重状态

4.小球P和Q用不可伸长的轻绳悬挂在天花板上,P球的质量大于Q球的质量,悬挂P球的绳比悬挂Q球的绳短.将两球拉起,使两绳均被水平拉直,如图所示,将两球由静止释放,在各自轨迹的最低点()

A.P球的速度一定大于Q球的速度

B.P球的动能一定小于Q球的动能

C.P球所受绳的拉力一定大于Q球所受绳的拉力

D.P球的向心加速度一定小于Q球的向心加速度

5.如图所示,竖直平面内的轨道Ⅰ和Ⅱ都由两段细直杆连接而成,两轨道长度相等。

用相同的水平恒力将穿在轨道最低点的B静止小球,分别沿Ⅰ和Ⅱ推至最高点A,所需时间分别为t1、t2;动能增量分别为

假定球在经过轨道转折点前后速度的大小不变,且球与Ⅰ、Ⅱ轨道间的动摩擦因数相等,则

A.

;t1>t2B.

=

;t1>t2

C.

;t1<t2D.

=

;t1<t2

6.如图所示,小船过河时,船头偏向上游与水流方向成α角,船相对于静水的速度为v,其航线恰好垂直于河岸。

现水流速度稍有减小,为保持航线不变,且准时到达对岸,下列措施中可行的是()

A.增大α角,增大vB.减小α角,减小v

C.减小α角,保持v不变D.增大α角,保持v不变

二、多项选择题

7.在“测定电源的电动势和内阻”的实验中,某同学依据测得的数据画出的U─I图像如图所示。

由此可知该电源的电动势E=_______V,内阻r=_________Ω。

8.下列说法中正确的是____。

A.—定质量的气体等压膨胀可能放出热量

B.锋利的玻璃断口放在火焰上烧熔后变得光滑表明玻璃在液体状态时存在表面张力

C.当分子间的引力和斥力平衡时,物体的内能一定最小

D.水银在玻璃管中发生不浸润现象时附着层内分子表现为引力作用

E.饱和汽压是指空气中水蒸气的分气压,与其他气体的压强无关

9.如图所示,甲图为沿x轴传播的一列简谐波在t=1s时刻的波动图象,乙图为x=2m处的质点P的振动图象,则下列判断正确的是()

A.该波的传播速度为

B.该波的传播方向沿x轴反方向

C.再经过1s时间,质点P将移动到

位置处

D.该波在传播过程中,若遇到宽度为2m的障碍物,通发生明显衍射现象

E.

时,

处的质点的加速度沿y轴正方向

10.如图所示,半圆槽光滑、绝缘、固定,圆心是O,最低点是P,直径MN水平。

a、b是两个完全相同的带正电小球视为点电荷,b固定在M点,a从N点静止释放,沿半圆槽运动经过最低点P到达某点Q(图中未画出)时速度为零。

则小球a()

A.从N到P的过程中,重力与库仑力的合力一直增大

B.从N到P的过程中,动能先增大后减小

C.从N到Q的过程中,电势能先增加后减小

D.从P到Q的过程中,动能减少量等于电势能增加量和重力势能增加量之和

三、实验题

11.一个滑雪人从静止开始沿山坡滑下,山坡的倾角θ=30°,滑雪板与雪地的动摩擦因数

,求10s内滑下来的路程和10s末的速度大小。

(g取10m/s2)

12.滑板是年轻人十分喜欢的极限运动,现有一场地规格如图所示,材料钢制的,阻力非常小,可以忽略,一个质量m=60kg的人,以v0=6m/s的速度从离地h1=4m的A高台滑下,则:

(1)此人到离地h2=2m的B点高台处时重力做了多少功?

(2)他所能到达的最大离地高度为多少(场地足够高)?

(3)若从B高台开始下滑,为能到达A高台,此人下滑的最小速度为多少?

四、解答题

13.黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的一种质量极大的天体,黑洞自身不发光,难以直接观测,我们可以通过恒星运动,黑洞边缘的吸积盘及喷流,乃至引力波来探测。

美国在2016年6月“激光干涉引力波天文台”(LIGO)就发现了来自于距离地球13亿光年之外一个双黑洞系统合并产生的引力波。

假定黑洞为一个质量分布均匀的球形天体,天文学家观测到一质量很小的恒星独自在宇宙中做周期为T,半径为r0的匀速圆周运动,由此推测,圆周轨道的中心可能有个黑洞。

设万有引力常量为G。

(1)利用所学知识求该黑洞的质量M;

(2)严格解决黑洞问题需要利用广义相对论的知识,但早在相对论提出之前就有人利用牛顿力学体系预言过黑洞的存在,他们认为黑洞的引力很大,大到物体以光速运动都无法从其逃脱。

我们知道,在牛顿体系中,当两个质量分别为m1、m2的质点相距为r时也会具有势能,称之为引力势能,其大小为

(规定无穷远处势能为零),若按照牛顿力学体系将地球变为一个黑洞,求地球变为黑洞后的最大半径Rm。

(已知万有引力常量G=6.67×10-11N·m²/kg²,地球质量M=6.02×1024kg)。

14.如图所示,平面直角坐标系xOy内,x轴上方存在垂直纸面向外的匀张磁场,磁感应强度B=0.2T,y轴上一点P(0,16)有一粒子源,能向各个方向释放出比荷为4×108C/kg的正粒子,粒子初速度V0=8×106m/s,不计粒子重力,求x轴上有粒子穿过的坐标范围。

【参考答案】

 

一、单项选择题

题号

1

2

3

4

5

6

答案

B

D

A

C

B

B

二、多项选择题

7.5V2.5Ω

8.BDE

9.ABD

10.ABD

三、实验题

11.225m;45m/s

12.

(1)1200J

(2)5.8m(3)

四、解答题

13.

(1)

(2)0.009m

14.﹣8cm≤x≤12cm

高考理综物理模拟试卷

注意事项:

1.答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2.选择题必须使用2B铅笔填涂;非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写,字体工整、笔迹清楚。

3.请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答,超出答题区域书写的答案无效;在草稿纸、试题卷上答题无效。

4.保持卡面清洁,不要折叠,不要弄破、弄皱,不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

 

一、单项选择题

1.如图所示用四种方法悬挂相同的镜框,绳中所受拉力最小的图是

A.

B.

C.

D.

2.下列说法正确的是()

A.光电效应实验中,光电流的大小与入射光的强弱无关

B.卢瑟福发现了电子,在原子结构研究方面做出了卓越的贡献

C.大量处于n=3能级的氢原子在自发跃迁时,会发出3种不同频率的光

D.由玻尔的原子模型可以推知,氢原子所处的能级越高,其核外电子动能越大

3.如图所示,小明将叠放在一起的A、B两本书抛给小强,已知A的质量为m,重力加速度为g,两本书在空中不翻转,不计空气阻力,则A、B在空中运动时

A.A的加速度等于g

B.B的加速度大于g

C.A对B的压力等于mg

D.A对B的压力大于mg

4.如图所示,带电小球a由绝缘细线PM和PN悬挂而处于静止状态,其中PM水平,地面上固定一绝缘且内壁光滑的圆弧细管道GH,圆心P与a球位置重合,管道底端H与水平地面相切,一质量为m可视为质点的带电小球b从G端口由静止释放,当小球b运动到H端时对管道壁恰好无压力,重力加速度为g。

在小球b由G滑到H过程中,下列说法中正确的是

A.细线PM的拉力先增大后减小

B.小球b机械能逐渐减小

C.小球b所受库仑力大小始终为2mg

D.小球b加速度大小先变大后变小

5.在平直公路上行驶的

车和

车,其位移--时间(

)图象分别为图中直线

和曲线

已知b车的加速度恒定且等于

时,直线

和曲线

刚好相切,则

A.

车做匀速运动且其速度为

B.

时,

车和

车的距离

C.

时,

车和

车相遇,但此时速度不等

D.

时,b车的速度为10m/s

6.可视为质点的a、b两个物体在同一位置沿同一方向同向开始运动,它们的位移——时间图像分别如图中图线甲、乙所示,其中图线甲是一条倾斜的直线,图线乙是一条

的抛物线,两图线的交点坐标

,则在

内()

A.a做的是直线运动,b做的是曲线运动

B.b运动的加速度大小为

C.

时,a、b相距最远

D.a、b相距的最大距离为

二、多项选择题

7.如图所示,绝缘弹簧的下端固定在光滑斜面底端,弹簧与斜面平行,带电小球Q固定在绝缘斜面上的M点,且在通过弹簧中心的直线ab上。

现将与Q大小相同、带电性也相同的小球P,从直线ab上的N点由静止释放,两小球可视为点电荷。

在小球P与弹簧接触到速度变为零的过程中,弹簧始终在弹性限度内,下列说法中正确的是

A.小球P的速度一定先增大后不变

B.小球P的机械能一直在减少

C.小球P速度最大时弹簧弹力等于库仑力和重力沿斜面向下的分力之和

D.小球P与弹簧系统的机械能一定增加

8.如图所示,竖直杆固定在木块C上,两者总重为20N,放在水平地面上。

轻细绳a连接小球A和竖直杆顶端,轻细绳b连接小球A和B,小球B重为10N。

当用与水平方向成30°角的恒力F作用在小球B上时,A、B、C刚好保持相对静止且一起水平向左做匀速运动,绳a、b与竖直方向的夹角分别恒为30°和60°,则下列判断正确的是

A.力F的大小为10N

B.地面对C的支持力大小为40N

C.地面对C的摩擦力大小为10N

D.A球重为10N

9.在光电效应实验中,用同一种单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应.对于这两个过程,可能相同的物理量是________.

A.遏止电压B.饱和光电流

C.光电子的最大初动能D.逸出功

10.如图所示,水平理想边界MN的上方和下方分别存在大小相等、方向相反的垂直于纸面的匀强磁场,磁场中有一个正方形的单匝闭合金属线圈.现将线圈从MN上方的磁场中某处自由释放,经过时间t,该线圈刚好有一半进入下方磁场,且此时线圈下落的速度是v,已知重力加速度为g,线圈平面始终与磁场方向垂直,则下列说法正确的有

A.t时刻,线圈中感应电流为0

B.t时刻,线圈中感应电流的方向为顺时针方向

C.t时刻,线圈的速度

D.线圈可能以速度v匀速通过边界MN

三、实验题

11.如下图所示,某同学用多用电表欧姆档测量一个电阻阻值的示数和档位情况,则这个电阻的阻值约为_____Ω,为了测量得更精确些,该同学进行了第二次测量,请选择下面列出的有关步骤,并按先后顺序写出:

_____________

A.将两表笔短接,电阻调零;

B.将两表笔分别跟被测电阻两端接触,观察指针位置,记下电阻值;

C.将面板上的旋钮旋至×10档;

D.将面板上的旋钮旋至×1k档;

12.为了测定阻值约为20Ω的某电阻丝的电阻Rx,实验室提供了如下器材:

A.电源E(电动势4V,内阻不计)B.电流表A1(量程150mA、内阻r1约10Ω)

C.电流表A2(量程20mA,内阻r2=20Ω)D.电压表V量程15V内阻约为15kΩ)

E.定值电阻R0(阻值100Ω)F滑动变阻器R(最大阻值5Ω)

G.开关S及导线若干

实验要求:

测量精度尽量高,测量时电表读数不得小于其量程的三分之一,且指针偏转范围较大。

(1)在提供的器材中,不需要的是__________(填器材序号字母)

(2)请在答题卡上补画图甲所示虚线框内的电路原理图________(需标出器材符号)。

(3)用I1表示电流表A1的示数、I2表示电流表A2的示数,测得多组数据并作出相应的I2-I1图像如图乙所示,若得到图线的斜率为k。

则电阻丝的电阻表达式为Rx=__________。

四、解答题

13.在竖直向下的匀强电场中有一带负电的小球,已知小球的质量为m,带电荷量为大小q,自绝缘斜面的A点由静止开始滑下,接着通过绝缘的离心轨道的最高点B.圆弧轨道半径为R,匀强电场场强为E,且mg>Eq,运动中摩擦阻力及空气阻力不计,求:

(1)A点距地面的高度h至少应为多少?

(2)当h取最小值时,小球对最低点C的压力为多少?

14.跳伞运动员做低空跳伞表演,他在离地面224m高处,由静止开始在竖直方向做自由落体运动。

一段时间后,立即打开降落伞,以12.5m/s2的加速度匀减速下降,为了运动员的安全,要求运动员落地速度最大不得超过5m/s。

(g取10m/s2)

(1)求运动员展开伞时,离地面高度至少为多少?

着地时相当于从多高处自由落下?

(2)求运动员在空中的最短时间是多少?

【参考答案】

 

一、单项选择题

题号

1

2

3

4

5

6

答案

A

C

A

A

B

C

二、多项选择题

7.CD

8.AD

9.ACD

10.BD

三、实验题

11.0或2.0×102CAB

12.

(1)D

(2)电路图见解析;(3)

四、解答题

13.

(1)2.5R;

(2)6(mg-Eq)

14.

(1)99m;1.25m;

(2)8.6s

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