第5章 3. 实验：探究平抛运动的特点-【新课程能力培养】2024-2025学年高中物理必修第二册学习手册（人教版2019）

学 第五章 抛 体 运 动 3. 实验： 探究平抛运动的特点 知 识 梳 理 知识点 1 平抛运动的概念 1. 抛体运动： 以一定的速度将物体抛出， 在 空气阻力可以忽略的情况下， 物体只受重 力的作用， 这时的运动叫作抛体运动。 2. 平抛运动： 初速度沿水平方向的抛体运动 就叫作平抛运动。 3. 平抛运动的条件。 （ 1 ） 具有水平方向的初速度。 （ 2 ） 运动过程中只受重力作用。 知识点 2 探究平抛运动特点的方法 1. 实验思路： 把平抛运动分解为两个相对简 单的直线运动， 分别研究物体在竖直和水 平两个方向上分运动的特点， 进而得到平 抛运动的规律。 2. 具体方法。 （ 1 ） 利用频闪照相， 每隔相等时间记录平抛 运动物体的位置。 （ 2 ） 沿水平和竖直方向建立平面直角坐标系， 记录物体在各个位置的横纵坐标。 （ 3 ） 由于相邻位置的时间间隔相等， 根据记录 的数据， 分析物体在水平方向和竖直方向 分运动的特点。 （ 4 ） 将两分运动合成， 得平抛运动的特点。 要 点 突 破 要点 1 探究平抛运动的性质特点 1. 竖直方向的分运动： 将做平抛运动的小球 与同时开始自由落体的小球进行对比。 得 出平抛运动的小球在竖直方向的分运动是 自由落体运动， 竖直方向初速度为 0 ， 竖直 方向加速度为重力加速度 g 。 2. 水平方向的分运动： 根据竖直方向分运动 随时间变化的规律， 设法确定 “相等的时 间间隔”， 通过相等时间间隔内的水平位 移大小关系， 确定平抛运动的水平方向分 运动是匀速直线运动， 水平方向加速度 为 0 。 3. 平抛运动是一种匀变速曲线运动。 例 1 如图所示， 用平抛 竖落仪做演示实验， a 小 球做平抛运动的同时 b 小球做自由落体运动 ， 对这个实验观察到的现 象和结论 ， 下列描述正 确的是 （ ） A. b 小球先到达地面， 说明运动路程越长， 时间越长 B. a 小球初速度越大在空中运动时间越长 C. 两小球同时到达地面， 说明 a 小球在竖直 v 0 M 3 M 4 M 2 M 1 A 3 A 4 A 2 A 1 x y O y 3 金属片 小锤 a b 例 1 题图 9 学 高 中 物 理 必 修 第二册 （人教版） 方向上的分运动是自由落体运动 D. 两小球同时到达地面， 说明 a 小球在水 平方向上的分运动是匀速直线运动 解析： 因为 a 球在竖直方向的分运动是自由 落体运动， 故两小球下落时间一定相同， 与 a 小球的初速度无关， A 、 B 错误； 本实验 将 a 的平抛运动与 b 的竖直方向下落运动对 比， 只能说明 a 竖直方向的运动情况， 不能 反映 a 水平方向的运动情况， 每次两球都同 时落地， 说明 a 竖直方向的分运动是自由落 体运动， C 正确， D 错误。 答案： C 变式训练 1 在 “探究平抛运动的特点” 实验中， 某 同学让小球 A 由斜槽滚下， 从桌边水平抛 出， 当它恰好离开桌边缘时小球 B 从同样高 度处自由下落 ， 频闪照相仪拍到 了 B 球下落过程 的四个位置和 A 球的第 3 、 4 个位 置， 如图所示， 背 景的方格纸每小 格的边长为 2．5 cm 。 （ g 取 10 m/s 2 ） （ 1 ） 频闪照相仪的闪光频率为 。 （ 2 ） A 球离开桌边时的速度大小为 m/s 。 （ 3 ） 此实验能说明平抛运动在 （填 “竖直” “水平” 或 “竖直和水平”） 方 向的运动性质。 要点 2 研究平抛运动的其他实验方法 1. 应用平抛竖落仪。 （ 1 ） 保证斜槽末端的切线 必须水平。 （ 2 ） 坐标原点不在斜槽口 的末端， 应在槽口上 方小球球心处。 （ 3 ） 小球应在同一位置无 初速自由释放。 2. 传感器和计算机。 例 2 在 “探究平抛运 动的特点 ” 实验中 ， 某同学用闪光照相的 方法获得了相片的一 部分。 如图， A 、 B 、 C 为一小球做平抛运动 时闪光照片的三个位 置所建立的直角坐标系中描绘的轨迹的一部 分， 则： （ g 取 10 m/s 2 ） （ 1 ） 小球运动的初速度是 m/s 。 （ 2 ） 小球过 B 点竖直方向的速率 v By ＝ m/s 。 利用分运动之间的独立性， 仅对平 抛运动在竖直方向的分运动与自由落体 运动进行比较。 思路点拨 1 2 3 4 1 3 4 A B x 4 x y O x 5 x 3 x 2 x 1 y 4 y 5 y 3 y 2 y 1 A B 10 20 A B C x/cm y/cm 15 40 例 2 题图 变式训练 1 题图 10 学 第五章 抛 体 运 动 （ 3 ） 平抛起点距图中 A 点水平距离是 cm ， 竖直距离是 cm 。 解析： （ 1 ） 在竖直方向： y BC －y AB ＝gT 2 ， 代入 解得 T＝0.1 s ， 水平方向： x＝vT ， 代入得初速 度 v＝1 m/s 。 （ 2 ） 在竖直方向： v By ＝ y AC 2T ＝2 m/s 。 （ 3 ） 在竖直方向： v Ay ＝v By －gT＝1 m/s ， 起点到 A 的运动时间为 v Ay ＝gt ， 得 t＝0.1 s ， 所以 x OA ＝ vt＝0.1 m＝10 cm ， h＝ 1 2 gt 2 ＝0.05 m＝5 cm 。 答案： （ 1 ） 1 （ 2 ） 2 （ 3 ） 10 5 变式训练 2 在探究平抛运动的特点时， 可以选用如 图所示的各种装置图， 则以下操作合理的是 （ ） A． 选用装置图甲研究平抛物体的竖直分运 动时， 可多次改变小球距地面的高度， 但必须控制每次打击的力度不变 B． 选用装置图乙并要获得稳定的细水柱显 示出平抛运动的轨迹， 竖直管上端 A 一定 要低于水面 C． 选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动 的轨迹， 每次不一定从斜槽上同一位置 由静止释放钢球 D． 选用装置图丙并要获得钢球做平抛运动 的轨迹， 要以槽口的端点为原点建立坐标 拓 展 创 新 利用平抛运动演示仪也可以研究平抛运 动， 新型的平抛运动演示仪用于演示平抛运 动的轨迹及平抛运动的合成与分解的物理实 验， 采用磁性画写材料即时记录磁性小球的 平抛运动轨迹， 只需一次实验就可以自动描 绘出运动轨迹， 操作方便、 省时， 轨迹描绘 准确。 由光电门控制， 切实保证了三个铁球 同时运行， 可以更好地理解曲线运动的合成 与分解， 实验操作方便， 效果清晰。 变式训练答案 1. （ 1 ） 10 Hz （ 2 ） 0．75 （ 3 ） 竖直 2. B 利用分运动之间的独立性， 仅对平抛 运动在竖直方向的分运动与自由落体运动 进行比较。 思路点拨 甲 乙 丙 A B A 变式训练 2 题图 11