16“探究平抛运动的特点”实验方案盘点（物理部分）-《中学生数理化》高一使用2022年1月刊

■张宏明 以一定的初速度将物体沿水平方向抛 出,在空气阻力可以忽略的情况下,物体只受 重力的作用,做平抛运动。探究平抛运动特 点的实验方案根据实验目的的不同大致可以 分为以下三类。 类型一:通过实验研究平抛运动竖直分 运动的特点 根据运动的合成与分解将平抛运动分解 到水平方向和竖直方向上,要验证平抛运动 的竖直分运动是自由落体运动,可以利用从 同一高度自由下落的不同物体下落至同一高 度所用的时间相等这一特点设计实验方案。 图1 例1 某同学采用如 图1所示的装置探究平抛 运动的特点。小球 A 沿 圆弧轨道滑下,离开轨道 末端时撞开接触开关S, 被电磁铁吸住的小球 B 同时自由下落,改变整个装置距离地面的竖 直高度 H,多次实验。回答以下问题: (1)要保证小球A 离开轨道末端后做平 抛运动,在实验前应对实验装置反复调节,直 到 。 (2)观察到的实验现象是从同一高度开 始运动的 A、B 两小球总是同时落地,说明 。 (1)要保证小球 A 离开轨 道末端后做平抛运动,则小球A 离开轨道末端时的速度应沿水平方向,因此 在实验前应调节实验装置,使轨道末端切线 水平。 (2)从同一高度开始运动的A、B 两小球 总是同时落地,说明小球A 离开轨道后沿竖 直方向的分运动与小球B 的运动情况相同, 都是自由落体运动。 答案:(1)轨道末端切线水平 (2)小球 A 离开轨道后沿竖直方向的分运动为自由落 体运动 图2 拓展:教材中给出的验 证平抛运动的竖直分运动 是自由落体运动的实验装 置如图2所示。请同学们 结合所学选择合适的实验 器材也来设计一个验证做 平抛运动物体的竖直分运 动是自由落体运动的实验吧! 类型二:通过实验研究平抛运动水平分 运动的特点 要验证平抛运动的水平分运动是匀速直 线运动,可以采用控制变量法设计实验方案, 探究做平抛运动物体的水平射程与初速度、 下落高度等的关系。 图3 例2 某同学采用如 图3所示的装置探究平抛 运动的特点。两个相同的 弧形轨道左侧固定在支架 上,末端水平,位于同一竖 直平面内,上方轨道末端 与支架上方水平部分右端 平齐,支架下方水平部分光滑且足够长,两轨 道上端分别装有电磁铁 C、D,调节电磁铁 C、D 的高度使AC=BD,从而保证小铁球 P、Q 运动到两轨道末端时的水平速度v0 相 等。现将小铁球P、Q 分别吸在电磁铁C、D 上,某时刻切断电源,使两小球同时从两轨道 末端射出。回答以下问题: (1)实验可观察到的现象是 。 (2)仅改变上方轨道距离支架下方水平 部分的高度,重复上述实验,仍能观察到相同 的现象,这说明 。 (3)为了探究影响平抛运动水平射程的 因素,撤掉下方轨道,通过改变小铁球 P 抛 出点距离支架下方水平部分的高度和平抛初 速度的方法做了6次实验,实验数据记录如 93 物理部分·实验探究与展望 高一使用 2022年1月 表1所示。若探究小球 P 水平射程与高度 的关系,则可用表中序号为 的实验数据; 若探究小球P 水平射程与初速度的关系,则 可用表中序号为 的实验数据。 表1 序号 抛出点的高度(m)水平初速度(m/s) 水平射程(m) 1 0.20 2 0.40 2 0.20 3 0.60 3 0.45 2 0.60 4 0.45 4 1.2 5 0.80 2 0.8 6 0.80 6 2.4 (1)小铁球P 离开轨道后以 初速度v0 做平抛运动,小铁球 Q 离开轨道后以初速度v0 做匀速直线运动, 可以观察到的现象是小铁球P、Q 相撞。 (2)仅改变上方轨道距离支架下方水平 部分的高度进行实验,仍能观察到小铁球P、 Q 相撞,说明两小球在相同的时间内发生的 水平分位移始终相同,即做平抛运动的物体 在水平方向上做匀速直线运动。 (3)根据控制变量法可知,若探究小铁球 P 水平射程与高度的关系,则需保持小铁球 P 抛出时的速度不变,通过改变小铁球P 抛 出点的高度完成实验,即可用表中序号为1、 3、5的实验数据;若探究小铁球P 水平射程 与初速度的关系,则需保持小铁球P 抛出点 的高度不变,通过改变小铁球P 抛出时的速 度完成实验,即可用表中序号为1、2(或3、4, 或5、6)的实验数据。 答案:(1)小球P、Q 相撞 (2)做平抛运 动的物体在水平方向上做匀速直线运动 (3)1、3、5 1、2(或3、4,或5、6) 类型三:利用实验得出的运动轨迹研究 平抛运动的特点 通过实验描绘出平抛运动的轨迹(一条 抛物线),测出相关物理量,经过定性分析和 定量计算可以利用数学知识探究平抛运动的 特点。 例3 如图4甲所示是“探究平抛运动的 特点”的实验装置图。 (1)每次让小球从斜槽上同一位置由静 止释放,通过多次实验描绘小球做平