第5章 3 实验探究平抛运动的特点-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）

3　实验:探究平抛运动的特点 第五章　抛体运动   [学习目标]　 1.知道抛体运动、平抛运动的概念。会用运动分解的方法研究平抛运动。2.学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。 课时作业 巩固提升 内容索引 基础实验要求 一、抛体运动和平抛运动 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,物体只受重力作用的运动。 2.平抛运动:初速度沿水平方向的抛体运动。 3.平抛运动的特点 (1)初速度沿水平方向; (2)只受重力作用。 二、实验:探究平抛运动的特点 1.实验思路 (1)基本思路:根据运动的分解,把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动,分别研究物体在这两个方向的运动特点。 (2)平抛运动的分解:可以尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。 2.进行实验 方案一:用频闪照相法探究平抛运动 用频闪照相法可记录平抛运动的轨迹。如图1所示,由于相邻两帧照片间的时间间隔相等,只要测出相邻两帧照片中小钢球运动的水平位移及竖直位移,就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动特点。 (1)在水平起抛点以球心为坐标原点,建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移。 (2)根据小球第一个T时间内、第二个T时间内……做平抛运动的水平位移和竖直位移特点判断出小球水平方向做匀速运动,竖直方向做自由落体运动。 方案二:分别研究水平和竖直方向分运动的规律 步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点 (1)如图2所示,用小锤击打弹性金属片后,A球做平 抛运动;同时B球被释放,做自由落体运动。观察两 球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后。 (2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度(即改变A球的初速度),发现两球仍同时落地,说明平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。 步骤2:探究平抛运动水平分运动的特点 (1)装置和实验 ①如图3所示,安装实验装置,使斜槽M末端水平,使固定的背板竖直,并将一张白纸和复写纸固定在背板上,N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。 ②让钢球从斜槽上某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动,使钢球的轨迹与背板平行。钢球落到倾斜的挡板N上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹。 ③上下调节挡板N,进行多次实验,每次使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 ④以斜槽水平末端端口处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。 ⑤取下坐标纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。 ⑥根据钢球在竖直方向做自由落体运动的特点,在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y,…的点,即各点之间的时间间隔相等,测量这些点之间的水平位移,确定水平方向分运动的特点。 ⑦结论:在相等时间内水平方向位移相等,平抛运动水平方向为匀速直线运动。 (2)注意事项 ①实验中必须调整斜槽末端水平,使小球做平抛运动(调节方法:将小球放在斜槽末端部分,若小球静止,则斜槽末端水平)。 ②背板必须处于竖直面内,固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 ③小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放,这样可以使小球每次平抛的初速度相同。 ④坐标原点不是槽口的端点,而是小球出槽口时小球球心在背板上的投影点。 ⑤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。 [例1]　用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置,探究平抛运动的特点。 (1)关于实验,下列做法正确的是　　　　。  A.选择体积小、质量大的小球 B.借助铅垂线确定竖直方向 C.先抛出小球,再打开频闪仪 D.水平抛出小球 实验创新研析 ABD (1)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置,选择体积小、质量大的小球可以减小空气阻力的影响,A正确;本实验需要借助铅垂线确定竖直方向,B正确;实验过程先打开频闪仪,再水平抛出小球,C错误,D正确。 (2)在图1所示的实验中,A球沿水平方向抛出,同时B球自由落下,借助频闪仪拍摄上述运动过程。图2为某次实验的频闪照片,在误差允许范围内,根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同,可判断A球竖直方向做　　　　运动;根据　　　　　　　　　　　　　　　　,可判断A球水平方向做匀速直线运动。  自由落体　 A球相邻两位置水平距离相等 (2)根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同,可以判断出A球竖直方向做自由落体运动;根据A球相邻两位置水平距离相等,可以判断A球水平方向做匀速直线运动。 (3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出,用频闪照相拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次),最多可以得到小球在空中运动的　　　　个位置。  10 (3)小球从高度为0.8 m的桌面水平抛出,根据运动学公式有h=gt2 解得t=0.4 s 频闪仪每秒频闪25次,频闪周期 T= s=0.04 s 故最多可以得到小球在空中运动个数为 =10。 [例2]　(2024·浙江金华高一校联考期末)用如图 所示的实验方案来研究平抛运动的特点。在一 块竖直放置的背景板上固定两个相同弧形轨道 A、B,用于释放小铁球,斜槽末端切线均水平,板 上还装有三个电磁铁C、D、E,其中电磁铁C、D 可分别沿轨道A、B移动。在轨道A出口处有一个碰撞开关S,用以控制电磁铁E的电源通断,电磁铁E可以沿水平杆MN移动,当它吸上小铁球时,该小铁球中心与从轨道A射出的小铁球中心在同一水平线上;与圆弧轨道B相连的水平轨道光滑。 调节球3的位置多次实验,发现球1和球3总是在空中相碰,则说明球1　　　;调节电磁铁C、D到斜槽末端等高的不同位置,发现球1和球2总能相碰,则说明球1　　　。(均填选项前的字母)  A.竖直方向做匀速直线运动　 B.竖直方向做自由落体运动 C.水平方向做匀加速直线运动 D.水平方向做匀速直线运动 B　 D 调节球3的位置多次实验,发现球1和球3总是在空中相碰,则说明两球在竖直方向的运动完全相同,则球1在竖直方向做自由落体运动,故选B;调节电磁铁C、D到斜槽末端等高的不同位置,发现球1和球2总能相碰,则说明两球在水平方向的运动相同,则球1水平方向做匀速直线运动,故选D。 [例3]　某同学用如图所示的实验装置做“探究平抛运动的特点”的实验。 (1)为了能较准确地描绘小球的运动轨迹,下列说法正确的是　　　　。  A.小球做平抛运动时应与木板摩擦,以便画出运动轨迹 B.本实验不需要用天平测出小球的质量,也不需要配备铅垂线 C.为了保证小球沿水平方向飞出,应将斜槽轨道的末端调成水平 D.以小球在斜槽末端时球心在方格纸上的投影点作为所建坐标系的原点O CD (1)小球做平抛运动时,不应使其与木板摩擦,以免影响运动的轨迹,故A错误;本实验不需要用天平测出小球的质量,但需要配备铅垂线,以便确定竖直方向,故B错误;为了保证小球沿水平方向飞出,应将斜槽轨道的末端调成水平,故C正确;小球从斜槽上某位置由静止滚下,离开斜槽末端后做平抛运动,应以小球在斜槽末端时球心在方格纸上的投影点作为所建坐标系的原点O,故D正确。 (2)在此实验中,每次都要让小球从斜槽上的同一位置由静止滚下,但小球与斜槽间有摩擦力,这个摩擦力　　　(选填“会”或“不会”)使实验的误差增大。  不会 (2)只要让小球每次均从斜槽上同一位置由静止滚下,小球到达斜槽末端时速度就相同,可知小球与斜槽间的摩擦力不会增大实验误差。 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 1 1.某同学采用如图所示的装置探究平抛运动的特点。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球被松开,自由下落,观察到两球同时落地。改变高度重复此实验,观察到两球总是同时落地,这说明 (　　) A.平抛运动在水平方向分运动是匀速直线运动 B.平抛运动在竖直方向分运动是自由落体运动 C.平抛运动的运动轨迹是抛物线 D.改变击打力度,可以得到A球水平方向上的运动特点 B 改变高度重复此实验,观察到两球总是同时落地,说明平抛运动在竖直方向分运动的运动规律与自由落体运动的运动规律相同,即平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动,故选B。 2 3 4 5 1 2.小高同学用如图所示的实验装置来验证平抛运动的特征:两个完全相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q,其中N的末端与水平板相切。两轨道上端分别装有电磁铁C、D,调节电磁铁C、D的高度,使其与轨道M、N的末端高度相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小铁球能同时分别从轨道M、N的顶端滑下。 2 3 4 5 1 (1)为完成本实验,弧形轨道M、N的表面　　　　(选填“需要”或“不需要”)确保光滑,水平板的表面　　　　(选填“需要”或“不需要”)确保光滑。  2 3 4 5 1 不需要　 需要　 (1)实验要求两球到达斜槽末端的速度相同即可,所以弧形轨道M、N的表面不需要光滑。实验要验证平抛运动水平方向是否为匀速直线运动,所以水平板需要确保光滑,确保Q在水平板上做匀速直线运动才能对比。 (2)仅仅改变弧形轨道M的高度,符合上述实验条件后,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明平抛运动的水平分运动是　　　　　　　　。  2 3 4 5 1 匀速直线运动 (2)仅仅改变弧形轨道M的高度,不影响小球P平抛的初速度。重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明两球在水平方向的运动完全相同,说明平抛运动在水平方向为匀速直线运动。 3.如图是实验室内研究平抛运动的装置。   该实验中,让小球多次从斜槽上由静止滚下,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____________ 　　　　　　　　　　　　　　。  2 3 4 5 1 斜槽末端不水平　 每次由静止 释放小球的位置不同 用平滑曲线描绘出小球的运动轨迹,题图甲中小球的初速度明显不沿水平方向,故可推知斜槽末端不水平。题图乙中描绘的点零乱,难以形成一条平滑曲线,可推知初速度不是每次都相同,即每次由静止释放小球的位置不同。 2 3 4 5 1 4.“探究平抛运动的特点”实验有以下几步: (1)用如图1所示的平抛竖落仪探究平抛运动竖直分运动的特点:用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释放,自由下落,做自由落体运动。下列说法正确的是　　　　。  A.两球的体积、材料和质量可以任意选择,对实验结果没有影响 B.改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,可以改变两球在空中的运动时间和A球的水平初速度大小 C.如果两球总是同时落地,则可以说明平抛运 动的竖直分运动是自由落体运动 D.通过该实验装置也能研究平抛运动的水平 分运动特点 2 3 4 5 1 BC (1)两球的体积、材料和质量的选择不同,受到阻力大小不同,对实验结果有影响,故A错误;改变小球距地面的高度,可以改变两球在空中的运动时间,而改变小锤击打的力度,可以改变A球的水平初速度大小,故B正确;小锤打击弹性金属片,A球水平抛出,同时B球被松开自由下落,两球同时落地,可知平抛运动在竖直方向上做自由落体运动,不能得出水平方向上的运动规律,故C正确,D错误。 2 3 4 5 1 (2)用如图2所示的平抛实验仪探究平抛运动水平分运动的特点。以下是关于本实验的一些做法,其中不合理的选项有　　　　。  A.调整斜槽,使小球放置在轨道末端时,不左右滚动 B.将坐标纸上竖线与铅垂线平行 C.将小球出槽口时重心位置在背板上的投 影记录为坐标原点 D.不断改变挡片P的位置,使小球从斜槽上不同位置释放 E.不断改变水平挡板的位置,记录下小球落到挡板上的位置 F.将坐标纸上确定的点用直线依次连接 2 3 4 5 1 DF (2)安装斜槽轨道,使其末端保持水平,以保证小球做平抛运动,故A正确;使坐标纸上竖线与铅垂线平行,确保坐标纸处于竖直面,故B正确;将小球出槽口时重心位置在背板上的投影记录为坐标原点,故C正确;每次小球应从同一位置由静止释放,以保证到达斜槽末端的速度相同,故D错误;不断改变水平挡板的位置,记录下小球落到挡板上的位置,故E正确;将坐标纸上确定的点用平滑曲线连接,故F错误。 2 3 4 5 1 5.在做“探究平抛运动的特点”的实验时,通过描点法画出小球平抛运动的轨迹,并求出平抛运动初速度。实验装置如图所示。 2 3 4 5 1 (1)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上,实验前要检查斜槽末端是否水平,请简述你的检查方法: 　 　 　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　。  2 3 4 5 1 将小球放在槽的末端,看小球能否静止 (2)关于这个实验,以下说法正确的是　　　　。  A.小球释放的初始位置越高越好 B.实验前要用铅垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直 C.小球在做平抛运动时要靠近但不接触木板 2 3 4 5 1 BC (2)小球释放的初始位置高度要适当,并非越高越好,以小球的运动轨迹大致经过坐标纸的右下角为宜,选项A错误;实验前要用铅垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直,选项B正确;小球在做平抛运动时要靠近但不接触木板,选项C正确。 2 3 4 5 1 (3)在做“探究平抛运动的特点”的实验时,坐标纸应当固定在竖直的木板上,图中坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是　　　　。  2 3 4 5 1 C (3)斜槽末端是水平的,小球做平抛运动,要分解为水平和竖直方向的分运动,故方格纸应该水平、竖直,坐标原点应该与小球在斜槽末端静止时在木板上的投影重合,故C正确,A、B、D错误。 2 3 4 5 1 $$