第五章 曲线运动-4实验专题 高三物理一轮复习

「探究平抛运动的特点」

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__________________，记下平抛初位置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轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹．

完成上述步骤，正确的实验顺序是__________________．

2.某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，将小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小方格边长为9.8 cm，当地的重力加速度为g＝9.8 m/s2.

（1）若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为平面直角坐标系的正方向，则没有被拍摄到的小球(在图中没有方格的区域内)位置坐标为__________[用图中格数表示坐标，比如图中标记为2的小球坐标为：(2,1)]．

（2）小球平抛的初速度大小为________m/s.

3.（1）在“探究平抛运动的特点”的实验中，可以描绘平抛物体运动轨迹和求物体的平抛初速度。实验简要步骤如下：

A.让小钢球多次从________位置上滚下，记下小球运动途中经过的一系列位置；

B.安装好器材，注意斜槽末端水平和木板竖直，记下小球在斜槽末端时球心在木板上的投影点O和过O点的竖直线，检测斜槽末端水平的方法是___________________________________________________________________；

C.测出曲线上某点的坐标x、y，用v0＝________算出该小球的平抛初速度，实验需要对多个点求v0的值，然后求它们的平均值；

D.取下白纸，以O为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛轨迹。

上述实验步骤的合理顺序是________(只排列序号即可)。

（2）在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L＝5 cm，通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图所示，则该小球做平抛运动的初速度为________m/s；B点的竖直分速度为________m/s(g取10 m/s2)。

4.图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。

（1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线________。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛____________相同。

（2）图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________m/s(g＝9.8 m/s2)。

「探究平抛运动的创新实验」

5.未来在一个未知星球上用如图甲所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点处有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动， 现对小球采用频闪数码相机连续拍摄，在有坐标纸的背景屏前拍下了小球在做平抛运动过程中的多张照片，经合成后照片如图乙所示，a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s，照片大小如图中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶4，则：

（1）由以上信息，可知a点________(填“是”或“不是”)小球的抛出点；

（2）由以上信息，可以推算出该星球表面的重力加速度为________m/s2 ；

（3）由以上信息可以算出小球平抛的初速度大小是________m/s；

（4）由以上信息可以算出小球在b点时的速度大小是________m/s。

6.如图所示为喷出细水流的数码相片，照片中刻度尺的最小刻度为毫米，细水流是水平喷出的，试根据该照片研究：

（1）已知水流做平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，找出研究其竖直分运动的方法，并证明竖直分运动是自由落体运动；

（2）若g＝10 m/s2，试求水流喷出的速度．

7.某实验小组利用图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ab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。

（1）为了正确完成实验，以下做法必要的是________。

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0.2 m，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15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm，示意图如图。重力加速度g＝10 m/s2，钢球平抛的初速度为________m/s。

（3）实验装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是________________________。

8.在做“探究平抛运动的特点”的实验时：

（1）钢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．

（2）某同学通过实验得到的轨迹如图甲所示，由轨迹可知，竖直距离yOA∶yAB∶yBC＝________，tOA∶tAB∶tBC＝________，这表明竖直方向是初速度为________的________运动．

（3）该同学在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内绘出了y－x2图像(如图乙)，此平抛物体的初速度v0＝0.49 m/s，则竖直方向的加速度g＝________ m/s2.(结果保留3位有效数字)

「探究影响向心力大小的因素」

9.在“探究向心力的大小与质量、角速度和半径之间的关系”的实验中。

（1）如图3所示，A、B都为质量相同的钢球，图中所示是在研究向心力的大小F与________的关系。

A.质量m  B.角速度ω       C.半径r

（2）如图所示，若图中标尺上黑白相间的等分格显示出两个小球所受向心力的比值为1∶4，由圆周运动知识可以判断与皮带连接的变速轮塔相对应的半径之比为________。

A.1∶4  B.4∶1

C.1∶2  D.2∶1

10.某同学利用如图所示的向心力演示器定量探究匀速圆周运动所需向心力F跟小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系。

（1）为了单独探究向心力跟小球质量的关系，必须用____________法；

（2）转动手柄可以使长槽和短槽分别随变速塔轮匀速转动，槽内的球随之做匀速圆周运动。这时我们可以看到弹簧测力筒上露出标尺，通过标尺上红白相间等分格数，即可求得两个球所受的___________________________________________；

（3）该同学通过实验得到如下表的数据：

根据以上数据，可归纳概括出向心力F跟小球质量m、转速n和运动半径r之间的关系是：____________________________________(文字表述)；

（4）实验中遇到的问题有：____________________________________(写出一点即可)。

11.向心力演示器如图所示。匀速转动手柄1可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。已知测力套筒的弹簧相同，根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。若将变速塔轮2、3上的皮带共同往下移动一级，则长槽和短槽的角速度之比会________(填“变大”“不变”“变小”或者“无法确定”)；如图所示，放在长短槽内的三个小球的质量相等，皮带所在左右塔轮的半径也相等，则在加速转动过程中，左右标尺漏出的红白等分标记会________(填“变长”“不变”“变短”或者“不确定”)，两边红白等分标记之比会________(填“变大”“不变”“变小”或者“无法确定”)，在匀速转动的过程中，左右标尺红白标记之比为________。

「探究影响向心力大小因素的创新实验」

12.如图所示，同学们分小组探究影响向心力大小的因素。同学们用细绳系一个小沙袋在空气中甩动，使小沙袋在水平面内做圆周运动，来感受向心力。

（1）下列说法中正确的是________。

A.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将不变

B.保持质量、绳长不变，增大转速，绳对手的拉力将增大

C.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将不变

D.保持质量、角速度不变，增大绳长，绳对手的拉力将增大

（2）如图所示，绳上离小沙袋重心40 cm处打一个绳结A, 80 cm处打一个绳结B，学习小组中一位同学用手表计时，另一位同学操作，其余同学记录实验数据：

操作一：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。

操作二：手握绳结B，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。

操作三：手握绳结A，使小沙袋在水平方向每秒运动2周，体会向心力的大小。

操作四：手握绳结A，再向小沙袋中添加少量沙子，使小沙袋在水平方向每秒运动1周，体会向心力的大小。

操作二与一相比较：质量、角速度相同，向心力的大小与转动________有关；

操作三与一相比较：质量、半径相同，向心力的大小与________有关；

操作四与一相比较：角速度、半径相同，向心力大小与________有关。

13.航天器绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，物体对支持物几乎没有压力，所以在这种环境中已经无法用天平称量物体的质量。假设某同学在这种环境中设计了如图所示的装置(图中O为光滑小孔)来间接测量物体的质量：给待测物体一个初速度，使它在桌面上做匀速圆周运动，设航天器中有基本测量工具(比如刻度尺、秒表、弹簧测力计等)

（1）实验时需要测量的物理量：弹簧测力计示数F，圆周运动的周期T，及_____________________________________________________________________。

（2）用所测得的物理量写出待测物体质量的表达式为m＝________(用测得的物理量的符号表示)。

14.某同学做验证向心力与线速度关系的实验．装置如图所示，一轻质细线上端固定在力传感器上，下端悬挂一小钢球．钢球静止时刚好位于光电门中央．主要实验步骤如下：

①用游标卡尺测出钢球直径d；

②将钢球悬挂静止不动，此时力传感器示数为F1，用米尺量出线长L;

③将钢球拉到适当的高度处由静止释放，光电门计时器测出钢球的遮光时间为t，力传感器示数的最大值为F2；

已知当地的重力加速度大小为g，请用上述测得的物理量表示：

（1）钢球经过光电门时的线速度表达式v＝______，向心力表达式F向＝m＝________；

（2）钢球经过光电门时所受合力的表达式F合＝________；

（3）若在实验误差允许的范围内F向＝F合，则验证了向心力与线速度的关系．该实验可能的误差有：____________________________________________________________.(写出一条即可)

15.如图甲所示，某同学为了比较不同物体与转盘间动摩擦因数的大小设计了该装置．已知固定于转轴上的角速度传感器和力传感器与电脑连接，通过一不可伸长的细绳连接物块，细绳刚好拉直，物块随转盘缓慢加速．在电脑上记录如图乙所示图像．换用形状和大小相同但材料不同的物块重复实验，得到物块a、b、c分别对应的三条直线，发现a与c的纵截距相同，b与c的横截距相同，且符合一定的数量关系．回答下列问题：

（1）物块没有看作质点对实验是否有影响？______(选填“是”或“否”)．

（2）物块a、b、c的密度之比为________．

（3）物块a、b、c与转盘之间的动摩擦因数之比为________．

16.如图所示是“DIS向心力实验器”，当质量为m的砝码随旋转臂一起在水平面内做半径为r的圆周运动时，所需的向心力可通过牵引杆由力传感器测得，旋转臂另一端的挡光杆(挡光杆的挡光宽度为Δs，旋转半径为R)每经过光电门一次，通过力传感器和光电门就同时获得一组向心力大小F和角速度ω的数据．

（1）某次旋转过程中挡光杆经过光电门时的遮光时间为Δt，则角速度ω＝________.

（2）以F为纵坐标，以________(选填“Δt”“”“Δt2”或“”)为横坐标，可在坐标纸中描出数据点作一条直线，该直线的斜率为k＝________.(用上述已知量的字母表示)

17.某同学为探究圆周运动的基本规律设计如图所示的实验装置，在支架上固定一个直流电动机，电动机转轴上固定一拉力传感器，传感器正下方用细线连接一个小球．在装置侧面连接一位置可以调节的电子计数器，实验操作如下：

①电动机不转动时，记录拉力传感器的示数为F；

②闭合电源开关，稳定后，小球在水平面做匀速圆周运动，记录此时拉力传感器的示数为2F；

③稳定后，调节计数器的位置，当小球第一次经过离计数器最近的A点时开始计数，并记录为1次，记录小球n次到达A点的时间t；

④切断电源，整理器材．

请回答下列问题：

（1）小球运动的周期为________；

（2）小球运动的向心力大小为________；

（3）小球做匀速圆周运动的轨道半径为________(用F、t、n、重力加速度g表示)．

18.利用如图所示装置验证向心加速度大小an与线速度大小v的关系．四分之一圆弧轨道固定在水平桌面上，末端与上表面很小的压力传感器表面相切，水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸．将小球从圆弧轨道某一点由静止释放，经轨道末端飞出，落到铺着复写纸和白纸的木板上，在白纸上留下点迹，由同一位置重复释放几次，记录每次压力传感器的示数；改变小球在圆弧轨道上的释放位置，重复上述实验步骤．(当地的重力加速度为g)

（1）为了完成实验，下列操作正确的是________．

A．必须选择光滑的圆弧轨道

B．固定圆弧轨道时，末端必须水平

C．实验中应选择密度小的小球

D．确定小球在白纸上的落点时，用尽可能小的圆把所有落点圈住，圆心即为平均落点

（2）某次实验时记录的压力传感器示数为F，并测出小球的质量为m，小球的向心加速度大小an＝________.

（3）实验除了记录压力传感器示数F，测量小球的质量m外，还需要测量轨道末端距地面的高度h、水平位移x、圆弧轨道半径R，则要验证向心加速度大小an与线速度大小v的关系，只需要验证____________表达式即可(用测量的数据表示)．