第5章 专题强化2 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）单选

专题强化2　实验：探究平抛运动的特点 第五章　抛体运动 [学习目标]　通过实验,掌握平抛运动轨迹的获取过程和数据处理方法。 内容索引 巩固演练 举一反三 [例1]　(2024·江西上饶高一校考期末)用如图甲所示的装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN内。由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹。移动挡板,重新从原位置释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹。 (1)本实验使用铅垂线的目的是　　　　。  A.调节硬板与铅垂线平行,使硬板保持竖直 B.便于使白纸的左边与铅垂线平行 C.便于作出以铅垂线的悬挂点为坐标的原点 D.便于建立以铅垂线垂直方向为水平方向的x轴 (2)实验中遗漏记录平抛轨迹的起始点,按下述方法处理数据:如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2,则可求得钢球平抛的初速度大小为　　　　　　(已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。  (3)在本实验过程中,对于实验中遇到的问题,小明同学的分析可能正确的是　　　　。  A.钢球从Q点抛出后,总不能落入挡板和硬板之间,可能是硬板不竖直 B.根据钢球在白纸上挤压的痕迹,可用能包含印迹点的最小圆的圆心表示其平均位置 C.将钢球在白纸上的印迹点用折线依次连接起来,即可得到平抛运动轨迹 D.若斜槽末端Q点未调节到水平而是斜向上,根据描绘的轨迹计算的抛出的初速度仍然准确 [答案]　(1)AD　 (2)x　(3)AB [解析]　(1)本实验使用铅垂线的目的是调节硬板与铅垂线平行,使硬板保持竖直和便于建立以铅垂线垂直方向为水平方向的x轴,故A、D正确;本实验不必要求白纸的左边与铅垂线平行,故B错误;本实验不是以铅垂线的悬挂点为坐标原点的,而是以小球在水平末端时其圆心在白纸上的水平投影为坐标原点的,故C错误。 (2)由于AB和BC两段的水平距离相等,故钢球经过AB、BC的时间相等,设为T。根据匀变速直线运动规律有y2-y1=gT2 而x=v0T 联立求得v0=x。 (3)钢球从Q点抛出后,总不能落入挡板和硬板之间,可能是硬板倾斜导致,故A项正确;为减小实验误差,根据钢球在白纸上挤压的痕迹,可用能包含印迹点的最小圆的圆心表示其平均位置,故B项正确;将钢球在白纸上的印迹点用平滑的曲线依次连接起来,即可得到平抛运动轨迹,故C项错误;若斜槽末端斜向上,小球做斜上抛运动,真实的运动方程为x=v真cos θt真 y=-v真sin θt真+g 按测量轨迹运动的方程为 x=v测t测 y=g 比较得出v真<v测 故D项错误。 [例2]　如图甲所示是研究平抛运动的实验装置(带传感器),在某次实验中描绘出小球平抛运动的轨迹如图乙所示,A、B、C、D是轨迹上的四个点,同时传感器也记录了小球从A到B的运动时间为T,已知方格的边长为L(方格的横线水平)。回答下列问题。 (1)小球的初速度为　　　　　(用题中已知的物理量表示)。  (2)A点　　　　(选填“是”或“不是”)平抛运动的起点。   (3)计算得出重力加速度g=　　　　(用题中已知物理量表示)。  (4)图丙是实验中小球从斜槽上不同位置下落获得的两条轨迹,图线①所对应的平抛运动的初速度　　　　(选填“较小”或“较大”),图线②所对应的小球在斜槽上释放的位置　　　　(选填“较低”或“较高”)。  　 是 较大 较低 [解析]　(1)由题图乙分析可得,A、B、C、D四个点中每相邻两个点之间的水平位移相同,均为3L,小球在水平方向做匀速运动,相邻两点之间的运动时间相同均为T,则小球的初速度v0=。 (2)由题图乙可得,小球从A点运动到D点,在竖直方向,连续相等时间间隔的两个点之间的竖直位移分别为2L、6L、10L,比值为1∶3∶5,只有初速度为零的匀加速直线运动才满足以上位移关系特点,说明在A点,小球竖直方向速度为0,A点是平抛运动的起始点。 (3)由匀变速直线运动的规律得Δy=gT2,由题图知Δy=4L,可得重力加速度g=。 (4)题图丙是平抛运动的两条轨迹,取相同的竖直高度,则平抛运动的时间相同,由x=v0t可知,图线①的水平位移大,其初速度较大,需要从较高的位置滚下获得较大的初速度,则图线②所对应的小球在斜槽上释放的位置较低。 [例3]　(2024·山东滨州高一统考期末)如图,小明利用家中物品制作了一个研究平抛运动规律的装置。在水平桌面上用硬练习本做成一个斜面,使小钢球从斜面上某一位置滚下,钢球沿桌面飞出后做平抛运动。实验步骤如下: a.将贴好白纸的案板竖直放置于P处; b.将小钢球沾上墨水后由静止释放,小球飞出后碰到案板并在白纸上留下痕迹B; c.将案板从P处靠近书桌平移0.1 m,重复步骤b,留下痕迹A; d.将案板从P处远离书桌平移0.1 m,重复步骤b,留下痕迹C; e.用刻度尺量出A、B、C三点间的距离,hAB=0.15 m,hBC=0.25 m,通过以上数据即可粗略求出小球离开书桌时的初速度大小。 回答下列问题。 (1)关于实验操作,下列说法正确的是　　　　　。  A.书桌要调整水平 B.小球每次都从同一位置由静止释放 C.必须用秒表记录时间 D.案板可以不竖直放置 (2)根据实验数据,可得小球离开桌面时初速度的大小v0=　　　m/s。已知重力加速度g取10 m/s2。  (3)若因为操作不当,把案板从P处靠近书桌平移0.1 m后,案板没有竖直,向右倾斜一较小角度,其他操作无误,则求出的离开桌面时初速度比实际值　　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  AB 1 偏小 [解析]　(1)要保证小球做平抛运动,书桌要调整水平,A正确;由于要记录小球的运动轨迹,必须重复多次,才能画出几个点,因此为了保证每次平抛的轨迹相同,要求小球每次都从同一高度释放,B正确;本实验测量小球运动轨迹即可,无需测量时间,C错误;案板必须竖直放置,以防止打到案板上的点之间的水平位移不同,D错误。 (2)根据小球竖直方向做自由落体运动,有Δh=gT2,可得T==0.1 s,水平方向做匀速直线运动,v0==1 m/s。 (3)案板没有竖直,向右倾斜一较小角度,则A、B两落点之间的竖直距离hAB偏小,则hBC-hAB偏大,T偏大,根据v0=可知,计算的初速度偏小。 巩固演练 举一反三 18 1.某物理兴趣小组在做探究平抛运动的特点实验时,使小球做平抛运动,用频闪照相机对准方格背景照相,拍摄到了如图所示的照片,已知每个小方格边长为9.8 cm,当地的重力加速度为g=9.8 m/s2。 (1)若以拍摄的第“1”点为坐标原点,水平向右和竖直向下为平面直角坐标系坐标轴的正方向,则没有被拍摄到的小球(在图中没有方格的区域内)位置“4”坐标为　　　　[用图中格数表示坐标,比如图中标记为“2”的小球坐标为(2,1)]。  (2)该照相机的频闪频率为　　　　Hz。  (3)小球做平抛运动的初速度大小为　　　　m/s。  (6,6) 10 1.96 解析:(1)小球在水平方向做匀速直线运动,所以相邻两点间的水平距离等于2个小方格的边长,小球在竖直方向做自由落体运动,根据运动学规律可知相邻两次曝光时间内小球的竖直距离之差恒定,为1个小方格的边长,由此可推知小球位置“4”坐标为(6,6)。 (2)设该照相机频闪时间间隔为T,则根据前面分析可得Δy=L=gT2,解得T=0.1 s 所以该照相机的频闪频率f==10 Hz。 (3)小球做平抛运动的初速度大小为 v0==1.96 m/s。 2.(2024·浙江丽水高一统考期末)某兴趣小组采用如图所示的实验装置“探究平抛运动的特点”。 (1)如图甲是利用平抛运动演示仪研究平抛运动。下列说法正确的是　　　　。  A.斜槽M轨道必须光滑 B.每次小球要从同一高度由静止释放 C.实验需要用天平测出小球的质量 D.使用密度大、体积小的小球可以减少实验误差 (2)图乙是利用频闪照相拍摄的小球运动的频闪照片。下列说法正确的是　　　　。  A.由图片可以判断,实验过程中斜槽末端切线不水平 B.由图片可以判断,实验过程中由斜槽上某点释放的小球的初速度不等于0 C.小球需要在同一位置静止释放8次才能得到乙图 (3)由图乙可以判断,实验过程中存在明显错误,但小明同学仍想利用小球在运动中的几个位置(如图中的a、b、c、d所示)来计算小球经过b点的速度,已知每个小方格的边长为L=2.5 cm,则该小球经过b点时的速度大小vb=　　　　m/s(计算结果保留两位有效数字,g取10 m/s2)。  答案:(1)BD　(2)A　(3)1.6 解析:(1)为了保证小球每次做平抛运动时的初速度相同,应使小球每次都从同一高度由静止释放,斜槽是否光滑对实验无影响,A错误,B正确;实验时不需要计算小球的质量,C错误;使用密度大、体积小的小球可以减少空气阻力的影响,进而减小实验误差,D正确。 (2)由图片可以看出小球在竖直方向上先上升再下降,可以判断出,实验过程中斜槽末端切线不水平,有向上的竖直初速度,A正确;由频闪照相的图片只能判断出小球抛出时的速度斜向上,不能判断出由斜槽上释放时的速度是否为0,B错误;由于是频闪照相得到的图片,小球释放一次即可得到该图片,C错误。 (3) 从a、b、c、d点可看出,竖直方向上相等时间的位移差恒定,有Δh=L=gT2,解得相等的时间间隔为T= =0.05 s,水平方向上有2L=v0T,可求得 v0=1 m/s,b点竖直方向的速度为vy==1.25 m/s,b点的速度为vb= ≈1.6 m/s。 3.某实验小组利用图甲所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放在一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离,让钢球从斜面顶端同一位置滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录钢球的落点。 (1)为了正确完成实验,以下做法必要的是　　　　。  A.实验时应保持桌面水平 B.每次应使钢球从静止开始释放 C.使斜面的底边ab与桌边重合 D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面 (2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m,在白纸 上记录了钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、 25.0 cm、35.0 cm,示意图如图乙。已知重力加速度g取10 m/s2, 则钢球平抛的初速度为　　　　 m/s。   (3)图甲装置中,木板上悬挂一条铅垂线,其作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案:(1)AB　(2)2　(3)方便将木板调整到竖直平面 解析:(1)要测定平抛运动的初速度,首先要保证初速度水平,即保持桌面水平,故A正确;实验要保证每次抛出时的速度大小相等,所以要从同一位置由静止释放钢球,故B正确;若斜面底边与桌边重合,则钢球抛出后将做斜下抛运动,故C错误;因每次从同一斜面同一位置由静止释放钢球,钢球经历相同运动过程,则到达斜面底端的速度相同,故不需要选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面,故D错误。 (2)钢球水平速度不变,木板每次沿水平方向移动L=0.2 m,由平抛运动特点知,相邻两点间的运动时间相等,设为T,钢球在竖直方向上做自由落体运动,有Δh=h3-h2=h2-h1=gT2,得T=0.1 s,钢球平抛的初速度v0==2 m/s。 (3)本实验要保证木板竖直,铅垂线可方便将木板调整到竖直平面。 4.(2024·湖北宜昌高一统考期末)图1是利用电磁定位系统“探究平抛运动的特点”的实验,通过电磁定位板与计算机相连,软件自动记录信号源(类似平抛小球)的运动轨迹,同时得到信号源轨迹在水平方向、竖直方向的投影,通过计算机处理得到水平方向、竖直方向的v-t图像(分别如图2中a、b图线所示)。 (1)由实验可知,平抛运动在水平方向的分运动为　　　　。  A.匀速直线运动　　　　　 B.匀变速直线运动 C.变加速直线运动 D.曲线运动 (2)在信号源的轨迹图中取4个点,如图3所示。已知图中相邻两点之 间的时间间隔为T=0.04 s,分析可知,图中每个正方形小方格的边长为 　　　　　cm,该信号源做平抛运动的初速度大小为　　　　　m/s。(重力加速度g取10 m/s2,结果均保留两位有效数字)  A 1.6 0.80 解析:(1)平抛运动在水平方向的分运动如图2中图线a所示,为匀速直线运动,故选A。 (2)平抛运动在竖直方向的分运动为匀加速直线运动,题图3中相邻两点的竖直高度差为L=gT2,代入数据得L=1.6 cm,水平方向有2L=v0T,解得v0=0.80 m/s。 $$