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4.4 实验：探究平抛运动的特点
探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系专项训练
2027 届高考物理一轮复习
一、实验题
1．在某次探究平抛运动的实验中：
（1）如图甲所示，用小锤打击弹性金属片，金属片把A 球沿水平方向弹出，同时B 球由静止自由下落，可
观察到两小球同时落地；改变小锤打击的力度，即改变A 球被弹出时的速度，两小球仍然同时落地。这说
明平抛运动的物体在竖直方向上做________（填“自由落体”或“匀速直线”）运动。
（2）如图乙所示，将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上，斜槽与白纸的固定位置正确的是
________
A．
B．
C．
D．
（3）钢球沿斜槽轨道PO 滑下后从O 点飞出，落在水平挡板MN 上。钢球落在挡板上时，钢球会在白纸上挤
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。
（4）该小组同学通过实验记录了若干点迹，由图丙可知，A 点不是小球的抛出点，请在图丙中标出小球的
抛出点，用“ ”表示______。若图丙中每个方格的边长为5cm，重力加速度g 取
，由此可计算出
小球由A 点移动到B 点的时间为________s（保留1 位有效数字）。
2．某兴趣小组用图甲所示的装置研究平抛运动特点。
(1)击打弹簧片，小球 2 平抛的同时小球 1 竖直下落，如果改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，
重复实验，均发现两个小球总是同时落地，则说明小球 2 在竖直方向上的分运动是_____。
(2)小球 2 水平飞出后，利用手机记录小球做平抛运动的轨迹。该实验小组利用软件分析得到小球的水平
位移和竖直位移随时间变化的图线如图乙所示, 但是遗漏了时间信息。结合平抛运动特征，可知图线
_____（选填“甲”或“乙”）为水平位移随时间变化图。 已知当地重力加速度
，则此次小
球做平抛运动的初速度约为_____
（结果保留两位有效数字）。
3．某小组在“研究平抛运动特点”的实验中，分别使用了图甲和图乙的实验装置。
(1)如图甲所示，小锤水平打击弹性金属片，A 球水平抛出的同时B 球自由下落。在不同的高度和打击力度
时都发现两小球同时落地，则实验表明________
A．平抛运动竖直方向是自由落体运动
B．平抛运动水平方向是匀速直线运动
(2)图丙是图乙实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，图线①所对应的小球在斜槽上
释放的位置________（选填“较低”或“较高”）。
(3)如图丁所示，实验小组记录了小球在运动过程中经过A、B、C 三个位置，每个正方形小格的边长为
5.00cm，g 取10m/s2，则该小球做平抛运动的过程中，B 点的速度大小vB=________m/s 小球的抛出点是否
在O 点________（选填“是”或“不是”）。
4．为了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
正下方
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，
、
、、
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
，则：
(1)a 点速度是否水平_______（是/否）
(2)由以上信息可以算出，该星球表面重力加速度是_______
。
(3)小球平抛的初速度大小是_______m/s，小球在d 点时竖直方向速度大小是_______m/s。
5．三位同学采用不同的实验方案进行“探究平抛运动规律”的实验。
(1)甲同学采用图1 所示的装置。用小锤击打弹性金属片，金属片把a 球沿水平方向弹出，同时b 球被松开
自由下落，观察到两球同时落地。多次改变装置的高度，同时改变小锤打击的力度，两球仍然同时落地，
这说明___________。
A．a 球竖直方向的分运动是自由落体运动
B．a 球水平方向的分运动是匀速直线运动
C．a 球运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动
(2)乙同学采用图2 所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N，上端分别装有电磁铁C、D，轨道右端切线均
水平、且位于同一条竖直线上，其中N 的末端可看作与光滑的水平板相切。调节电磁铁C、D 的高度，使
，将小铁球P、Q 分别吸在电磁铁C、D 上，然后切断电源，使两铁球同时从轨道M、N 的末端以相
同的水平初速度
射出，实验可观察到铁球P、Q 同时到达水平轨道上同一位置相碰，初步说明铁球
P__________________________________。
(3)丙同学采用图3 所示的装置。通过描点在坐标纸上记录下小球平抛运动中时间间隔相等的三个位置A、
B、C，但没有记录平抛运动的起点位置，如图4 所示。已知坐标纸每小格的边长为5.0cm，不计空气阻
力，则该相等的时间间隔
_________s，小球做平抛运动的初速度
_________
。取重力加速度
。（均保留两位有效数字）
(4)丙同学将实验方案做了改变，如图5 所示，他把桌子搬到墙的附近，调整好仪器，使从斜槽轨道固定位
置P 滚下的小球能够打在正对的墙上，把白纸和复写纸附着在墙上，记录小球的落点。该同学在实验中仅
水平移动桌子，使固定于斜槽末端的重锤线依次处于图中1、2、3 的位置进行实验，1 与2 的水平间距等
于2 与3 的水平间距。通过三次实验，记录到小球在白纸上同一竖直线上的三个落点，则下列三幅图中
_________图可能正确。
6．某实验小组利用如图所示的向心力演示器“探究小球做匀速圆周运动向心力
与小球质量
、角速度
和运动半径之间的关系”。匀速转动手柄1，可使变速塔轮2 和3 以及长槽4 和短槽5 随之匀速转动，
槽内的小球也随之做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6 的挡板对小球的弹力提供。
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。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。
(1)本实验主要采用的实验方法是________。
A．微小量积累法
B．等效替代法
C．控制变量法
D．放大法
(2)若要研究向心力
与半径的关系，需将两个质量相同的小球分别放置在________（选填“
、
”
“A、C”或“B、C”）处，将传动皮带套在半径________（选填“
”“
”或“
”）的左右两个
塔轮上。
(3)若要研究向心力
与角速度
的关系，需将相同质量的两小球分别放在挡板Ａ和挡板Ｃ处，将皮带连
接在左、右塔轮半径之比为
的塔轮上，匀速转动手柄，当左边标尺露出1 个等分格时，右边标尺露出
________个等分格，说明做匀速圆周运动的物体，在质量和运动半径一定时，向心力与________成正比。
7．某探究小组用如图甲所示的装置来探究向心力大小的表达式，挡板A、B、C 到各自转轴的距离之比为
，标尺显示格数表示向心力的大小；图乙是左、右塔轮的三种组合方式，从第一层到第三层的左、
右半径之比分别为
、
和
。请回答以下问题：
(1)在研究向心力
的大小与质量
、角速度
和半径之间的关系时，我们要用到物理学中的______；
A．理想实验法
B．等效替代法
C．控制变量法
D．演绎推理法
(2)若选择第三层的左、右塔轮组合方式，将两个质量相等的小球分别放在挡板C 和挡板______（选填
“A”或“B”）处，可探究向心力大小与小球______（选填“质量”、“半径”或“角速度”）的关系；
(3)图中所示，若两个钢球质量和运动半径相等，图中标尺上黑白相间的等分格显示出钢球A 和钢球C 所受
向心力的比值为1∶4，则与皮带连接的变速塔轮1 和变速塔轮2 的半径之比为______。
A．2∶1
B．1∶2
C．4∶1
D．1∶4
8．某同学利用手机和自行车探究圆周运动的相关知识。已知手机的加速度传感器既可以测量合加速度大
小a，又可以测量x、y、z 三个方向的加速度大小
、
、
，如图（a）所示。将自行车架起，手机固
定在自行车后轮轮毂上①位置（手机x、y 平面始终与竖直面重合），如图（b）所示，后轮转动带动手机
在竖直面内做圆周运动。
(1)后轮加速转动，手机可测到_______不为零（填标号）。
A．x、y 方向的加速度值
B．x、z 方向的加速度值
C．y、z 方向的加速度值
(2)后轮匀速转动
①利用秒表测出后轮转动N 圈的时间为t，则角速度
为_______（用N、t 表示）。
②测量多组加速度大小a 与角速度
的数据后，为了直观得出它们的关系，应作出a-_______（选填“
”或“
”）图像。
③利用装置测量加速度传感器在手机中的位置。
如图（c）所示，将手机固定在顶角与转轴重合的②位置，建立平面直角坐标。重复（2）中操作，作出加
速度与角速度关系的图像，并通过图像计算出斜率为
，则加速度传感器到轮毂转轴的距离为_______，
加速度传感器在手机中的位置坐标
_______，
_______。（均用
、
、
、
中部分字母表
示）
9．某科技小组设计了图甲所示的实验装置，来研究圆周运动的规律，纸带的一端固定在水平放置的圆盘
边缘处，另一端穿过打点计时器，让圆盘绕中心轴旋转起来，纸带就会紧紧缠绕在圆盘上，根据纸带上的
打点情况，来研究圆周运动的规律。已知圆盘的半径为
，打点计时器所接交流电的频率为
。请
回答下列问题：
(1)实验时，先接通打点计时器电源，若让圆盘以固定的角速度匀速转动起来，在纸带未绕圆盘一周之
前，打点计时器所打点的间隔是_____（选填“均匀”或“非均匀”）的。
(2)若让圆盘从静止开始转动，在纸带未绕圆盘一周之前，获得的部分纸带如图乙所示，相邻计数点间还
有4 个点没有画出，则这部分纸带_____（选填“是”或“不是”）做匀变速运动，判断依据是_____，打
点计时器打
点时，圆盘的边缘点的向心加速度大小为_____
（结果保留2 位有效数字）。
参考答案
1． 自由落体 C
0.1
2．(1)自由落体运动
(2) 甲 2.5
3．(1)A
(2)较高
(3) 2.5 不是
4．(1)是
(2)12
(3) 1.2 3.6
5．(1)A
(2)水平分运动为匀速直线运动
(3) 0.10 2.0
(4)B
6．(1)C
(2) B、C
(3) 9 角速度的平方（或ω2）
7．(1)C
(2) A 角速度
(3)A
8．(1)A
(2)
9．(1)均匀
(2) 是 相邻间隔的位移之差均近似为
，为定值。 2.6
