第2章 4平抛运动实验 学案 —2020-2021学年鲁科版（2019）高一物理必修第二册

第二章 抛体运动    第三节 科学探究：平抛运动的特点

班级        学号        姓名       

【知识梳理】

一、实验目的

1．描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点。2．根据平抛运动的轨迹求其初速度。

二、实验原理

1．利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。

2．建立坐标系，如果轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系具有y＝ax2的形式(a是常量)，则轨迹是抛物线。

3．测出轨迹上某点的坐标(x、y)，根据x＝v0t，y＝gt2得初速度v0＝x。

三、实验器材

斜槽、小球、木板、坐标纸、图钉、铅垂线、铅笔(或卡孔)、刻度尺等。

四、实验步骤

1．安装调整

(1)将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外靠近木板左上角，轨道末端的切线水平。

(2)用图钉将坐标纸固定于竖直木板上，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近。

2．建立坐标系

把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心在木板上的投影点O，O点即为坐标原点；用铅垂线画出过坐标原点的竖直线，作为y轴；画出水平向右的x轴。

3．确定小球的位置

(1)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经过的某一位置。

(2)让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地在坐标纸上描出小球通过的位置。

(3)用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。

4．描点得轨迹

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，即得到小球做平抛运动的轨迹。

五、数据处理

1．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线

在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3……向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3……用刻度尺测量各点的坐标(x，y)。

(1)代数计算法：将某点(如M3点)的坐标(x，y)代入y＝ax2求出常数a，再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明所描绘得出的曲线为抛物线。

(2)图像法：建立y-­x2坐标系，根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值，在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平抛运动的轨迹是抛物线。

2．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y＝gt2和x＝v0t，求出小球做平抛运动的初速度v0，最后算出v0的平均值。

六、误差分析

1．安装斜槽时，其末端的切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动，从而产生误差。

2．建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确从而产生误差。

3．小球每次自由滚下时的起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。

4．确定小球运动的位置时，出现误差。

5．量取轨迹上各点的坐标时，出现误差。

七、注意事项

1．斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端的切线水平。将小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直轨道上的任意位置静止，斜槽末端的切线就水平了。

2．方木板固定：方木板必须处于竖直平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。

3．小球释放

(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。

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

4．坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在木板上的投影点。

5．初速度的计算：在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。

【例题】

1.某同学在“研究小球做平抛运动”的实验中：

(1)采用频闪照相机拍摄到如图所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长为L＝5 cm，A、B、C是摄下的三个小球的位置，如果取g＝10 m/s2，那么：

a．照相机拍摄时每    s曝光一次；    b．小球做平抛运动的初速度大小为    m/s；

c．B点的速率为    m/s。

(2)引起实验结果偏差较大的原因可能是                                    。

A．安装斜槽时，斜槽末端切线方向不水平     B．确定Oy轴时，没有用重垂线

C．斜槽不是绝对光滑的，有一定摩擦    D．空气阻力对小球运动有较大影响

2.在做“探究平抛运动的特点”的实验中，为了确定小球不同时刻在空中所通过的位置，实验时用了如图所示的装置。先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平整的木板表面钉上白纸和复写纸。将该木板竖直立于水平地面上，使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板并在白纸上留下痕迹A；将木板远离槽口平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞

在木板上得到痕迹B；将木板再远离槽口平移距离x，小球再从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，得到痕迹C。若测得木板每次移动距离x＝10.00 cm，A、B间距离y1＝5.02 cm，B、C间距离y2＝14.82 cm。(g＝9.80 m/s2)

(1)为什么每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放？                     。

(2)每次把木板移动相同的水平距离，原因是                                            。

(3)根据以上直接测量的物理量求得小球初速度的表达式为v0＝        。(用题中所给字母表示)

(4)小球初速度的值为v0＝     m/s。

3.在做“探究平抛物体的运动”的实验中，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹。为了能较准确地描绘运动的轨迹，下面列出了一些操作要求，你认为哪些操作是正确的    。

A．通过调节使斜槽的末端保持水平         B．小球运动时不应与木板上的白纸(或方格纸)相接触

C．每次必须由静止释放小球               D．将球的位置记录在纸上，取下纸，用直尺将点连成折线

4..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(两球不相撞)。改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一降落高度的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

5.如图所示，用小锤轻击弹簧金属片，A球向水平方向飞出，同时B球被松开，竖直向下运动。

(1)用不同的力击打弹簧金属片，可以观察到    。

A．A球的运动线路不同，B球的运动线路相同       

B．A、B两球运动线路相同

C．A、B两球同时落地       

D．力越大，A、B两球落地时间间隔越大

(2)改变此装置距地面的高度，重复上述实验，仍然可以看到相同的实验现象，根据此现象分析可知    。

A．小球A在水平方向做匀速运动               B．小球A在水平方向做匀加速运动

C．小球B在竖直方向做匀加速运动             D．小球A与B在竖直方向的运动规律相同

6..在“研究平抛运动”的实验中，让小球多次从斜槽上滚下，在白纸上依次记下小球的位置，同学甲和同学乙得到的记录纸分别如图甲、乙所示，从图中明显看出甲的实验错误是    ，乙的实验错误是                       。

7..频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。他们分别在该装置的正上方A处和右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上的某点。根据平抛运动规律分析下列问题：