第1章 第三节 第2课时 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（粤教版）

第三节　平抛运动 第2课时　实验:探究平抛运动的特点 第一章　抛体运动   [学习目标]　会描绘平抛运动的轨迹,会根据轨迹研究平抛运动(重难点)。   课时作业 巩固提升 内容索引 基础实验要求 一、实验目的 探究平抛运动两个分运动的特点;会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。 二、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上的运动特点。 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。 3.分别对水平方向的分运动和竖直方向的分运动进行探究验证。 三、进行实验 方案一　用平抛运动实验器定性探究两分运动特点 如图所示,在轨道A出口处有一个碰撞开关S,可控制电磁铁E电源的通断。从轨道A射出的钢球做平抛运动,从轨道B射出的钢球做匀速直线运动,从电磁铁E处释放的钢球做自由落体运动。 1.探究平抛运动水平方向分运动的特点 (1)实验:使电磁铁C和D分别相对各自轨道出口水平线处于相同高度。把两个钢球分别吸在电磁铁C、D上。切断电源,使两个钢球以相同的初速度同时水平射出,发现两个钢球发生碰撞。改变电磁铁C、D与各自轨道出口水平线的相对高度,并确保高度相等,多次重复以上步骤,发现两个钢球总是发生碰撞。 (2)分析:改变电磁铁C、D与各自轨道出口水平线的相对高度,即改变两个钢球水平射出的速度。确保释放高度相等,即确保两个钢球水平速度相等。两个钢球总是发生碰撞,表明两个钢球水平方向做了相同的运动。 (3)结论:做平抛运动的钢球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。 2.研究平抛运动竖直方向分运动的特点 (1)实验:把两个钢球分别吸在电磁铁C、E上,并确保电磁铁E上的钢球与轨道A出口处于同一高度。释放轨道A上的钢球,钢球在水平出口处碰撞开关S,切断电磁铁E的电源,使钢球从电磁铁E处释放,发现两个钢球发生碰撞。改变电磁铁E的位置,让其从N向M移动。多次重复以上步骤,发现两个钢球总是发生碰撞。 (2)分析:改变电磁铁E的位置,即改变水平方向的位移,进而改变了运动时间,两个钢球总是相碰,表明两个钢球竖直方向做了相同的运动。 (3)结论:做平抛运动的钢球在竖直方向上的分运动是自由落体运动,平抛的各分运动具有独立性。 方案二　频闪照相法研究平抛运动 (1)实验现象:利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图所示。 (2)现象分析 ①在竖直方向上:两种运动经过相等的时间,下落相同的高度,即两种运动在竖直方向上的运动是相同的,都是自由落体运动。 ②在水平方向上:平抛运动在相等的时间内前进的距离相同,即平抛运动在水平方向上的运动是匀速直线运动。 方案三　描迹法研究平抛运动 实验装置和实验过程 (1)安装实验器材:将带有斜槽的平抛运动实验器材置于桌面上,装好平抛轨道,调整斜槽末端切线水平;然后调节调平螺丝,观察重垂线,使记录面板处于竖直平面内,把坐标纸和复写纸叠放在一起。 (2)建立坐标系:以斜槽水平末端端口处小球球心在白纸上的投影点为坐标原点O,沿重垂线方向的直线作为y轴,画出过坐标原点水平向右的直线作为x轴。 (3)确定小球的位置 ①小球紧靠定位板由静止释放,小球将以一定的初速度水平抛出。 ②下落的小球打在向记录面板倾斜的接球挡板上,同时在记录面板上留下印迹点。 ③下移接球挡板,重复上述操作,打出第二个印迹点,如此继续下移接球挡板,直至最低点,即可得到做平抛运动的小球下落时的一系列印迹点。 (4)描点得轨迹:将坐标纸记下的一系列点用平滑曲线连接起来,即得到小球做平抛运动的轨迹。 (5)数据处理 在小球做平抛运动的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。   A B C D E F x/mm             y/mm             v0=x/(m·s-1)             v0的平均值   四、注意事项 1.斜槽安装:必须调整斜槽末端切线水平,将小球放在斜槽末端水平部分,若没有明显的运动倾向,即斜槽末端切线水平。 2.记录面板固定:记录面板必须处于竖直平面内,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 3.小球释放:小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。 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白纸上的投影点。 题型1　实验原理与操作 [例1]　(2024·广东佛山高一检测)三个同学根据不同的实验条件,进行了“探究平抛运动规律”的实验: 实验创新研析 (1)图1的实验现象是　　　　　　　　　　。该现象说明平抛运动竖直方向的分运动是　　　　　　　　。  (2)图2的实验中使AC=BD,目的是使两小球从轨道M、N的下端射出时 　　　相同,实验现象是　　　　　　　　　　　。该现象说明平抛运动水平方向的分运动是　　　　　　　　　　。  (3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图3所示的“小球做平抛运动”的照片,图中每个小方格的边长为2.5 cm。观察位置1、2、3、4,在相等曝光时间间隔内,竖直方向分位移之比为1∶2∶3,说明位置1　　　(选填“是”或“不是”)平抛运动的起点。拍摄时每　　s曝光一次,该小球做平抛运动的初速度大小为　　m/s(g取10 m/s2)。  两小球总是同时落地　 自由落体运动 速度 P、Q两小球总是相碰 0.05 1 匀速直线运动 不是　 (1)两小球总是同时落地,A、B两球竖直方向做相同的运动;都是自由落体运动。 (2)让两小球在相同的弧形轨道上从相同高度由静止滚下,从而使两小球滚离轨道时具有相同的速度;小球P做平抛运动,小球Q做匀速直线运动,两小球总能相碰;说明平抛运动水平方向的分运动是匀速直线运动。 (3)平抛运动可看成竖直方向上的自由落体运动与水平方向上的匀速直线运动的合运动,如果位置1是平抛运动的起点,根据初速度为零的匀变速直线运动的特点知,在竖直方向上相邻相等时间内的位移之比为1∶3∶5,而不是1∶2∶3 ,所以位置1不是平抛运动的起点;设每个小方格的边长为L,曝光时间间隔为T,在竖直方向有Δy=gT2,即L=gT2,解得T== s=0.05 s;又因为2L=v0T,解得v0=1 m/s。 题型2　数据处理与分析 [例2]　如图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。 (1)实验前应对实验装置反复调节,直到斜槽末端切线　　　　,每次让小球从同一位置由静止释放,是为了每次平抛的　　　　　　　。  (2)图乙是正确实验取得的数据,其中O为抛出点,则小球做平抛运动的初速度为　　m/s(g取9.8 m/s2)。  (3)在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L=0.8 cm,通过实验,记录了小球在运动途中的三个位置,如图丙所示,则该小球做平抛运动的初速度为　　　m/s;B点的竖直分速度为　　m/s(g取10 m/s2)。  水平　 初速度相同 1.6 0.6 0.8 (1)平抛运动的初速度一定要水平,因此为了获得水平的初速度,安装斜槽轨道时要注意斜槽末端水平,为了保证小球每次平抛的轨迹都是相同的,就要求小球平抛的初速度相同,因此在操作中要求小球每次从同一位置由静止释放。 (2)由于O为抛出点,所以根据平抛运动规律有x=v0t,y=gt2,将x=32 cm, y=19.6 cm代入解得v0=1.6 m/s。 (3)由题图丙可知,物体由A→B和由B→C所用的时间相等,且有Δy=gT2,由图可知Δy=2L=1.6 cm,代入解得T=0.04 s,x=v0T,将x=3L=2.4 cm代入解得v0=0.6 m/s;竖直方向上做自由落体运动,根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度有vBy==0.8 m/s。 题型3　实验拓展与创新 [例3]　(2024·广东惠州一中模拟)某学习小组设计如下实验研究平抛运动。如图所示,弯曲轨道AB固定在水平桌面上,在离轨道边缘B不远处有一可移动的竖直平面abcd,平面中心竖直线标有刻度,0刻度线与桌面边缘平齐。以边缘B正下方的O点为原点建立水平x轴。实验时,将竖直平面移动到x处,从固定立柱处由静止释放体积很小的钢珠,钢珠从B点离开后击中中心竖直线上某点,记录刻度值y;改变x,重复实验。 (1)研究平抛运动规律时,下述条件对减小误差没有帮助的是　　　。  A.弯曲轨道边缘保持水平 B.弯曲轨道尽量光滑 C.保持平面abcd与水平面垂直 D.使用相同体积但质量较大的小钢珠 B (2)如图所示的图像中,能正确反映y与x的关系的是　　　　。  C (3)若某次将钢珠从固定立柱处由静止释放,记录钢珠击中中心竖直线的刻度,记为y;将竖直平面向远离B方向平移10.00 cm,再次将钢珠从固定立柱处由静止释放,记录钢珠击中中心竖直线的刻度为y1=y+5.02 cm;将竖直平面再向远离B方向平移10.00 cm,让钢珠从固定立柱处由静止释放,记录钢珠击中中心竖直线的刻度为y2=y+19.84 cm。钢珠的初速度大小为v0=　　　　 m/s(g取9.8 m/s2,保留两位有效数字)。  1.0 (1)弯曲轨道边缘保持水平,能保证小球离开轨道后做平抛运动,故对减小误差有帮助,A正确,不符合 题意;本实验只需要保证每次小球平抛的初速度相同即可,轨道光滑对减小实验误差没有帮助,B错误,符合题意;保持竖直平面abcd与水平面垂直,刻度值y才表示竖直位移,故对减小误差有帮助,C正确,不符合题意;使用相同体积但质量较大的小钢珠,能减小空气阻力的影响,小钢珠的运动更接近平抛运动,故对减小误差有帮助,D正确,不符合题意。 (2)由平抛运动规律有x=v0t,y=gt2 联立可得y=x2,可知y与x2成正比,C图像符合题意。 (3)设钢珠水平运动10 cm的时间为t,则有 Δx=10 cm=v0t,Δy=(y2-y1)-(y1-y)=gt2 联立解得v0=1.0 m/s。 课时作业 巩固提升 [A组　基础巩固练] 1.(2024·广东江门高一校考)采用如图所示的实验装置做“探究平抛运动的规律”的实验。 (1)实验时需要下列器材中的　　　　。  A.弹簧测力计　　　　　 B.铅垂线 C.打点计时器 D.秒表 B (2)做实验时,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。关于实验操作要求,以下说法不正确的是　　　　。  A.每次必须由同一位置静止释放小球 B.每次必须严格地等距离下降记录小球位置 C.小球运动时不应与木板上的白纸相接触 D.记录的点应适当多一些 B (3)若用频闪摄影的方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动,记录下如图所示的频闪照片。在测得x1、x2、x3、x4后,需要验证的关系是　　　　　　　　　　　。已知频闪周期为T,用下列计算式求得的水平速度,误差较小的是　　　　。    A. B. C. D. x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1 D (1)本实验不需要称重也不需要计时,但是要保证斜槽末端水平,且木板要保证竖直,需要铅垂线,故选B。 (2)每次必须由同一位置静止释放小球,保证每次抛出的小球初速度相等,A正确;每次不需要等距离下降记录小球位置,B错误;小球运动时不应与木板上的白纸相接触,防止接触后受到摩擦力给实验带来更大误差,C正确;记录的点应适当多一些,这样能更准确地描绘出平抛轨迹,D正确。 (3)验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动,只需验证任意相等时间内小球走过的位移都相等即可,即需要验证的关系是x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1,求多段位移对应速度的平均值可以减小误差,故选D。 2.(2024·广东汕头高一模拟)三个同学根据不同的实验条件,进行了探究平抛运动规律的实验: (1)甲同学采用如图甲所示的装置。用小锤击打弹性金属 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。改变小锤击打的力度,即改变A 球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说明   　。  做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动 (2)乙同学采用如图乙所示的装置,两个相同的弧形轨道 M、N,分别用于发射小铁球P、Q,其中N的末端可看成与 光滑的水平板相切,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AC=BD,从而保证小铁球P、Q在轨道末端的水平初速度v0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,使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是　　　　　　。 仅仅改变弧形轨道M的高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说明_________________________  　 。  P球击中Q球 做平抛运动的物体在水平 方向上做匀速直线运动 (3)丙同学做实验时,忘记了标记平抛运动的抛出点O,只记录了A、B、C三点,于是就取A点为坐标原点,建立了如图丙所示的坐标系。平抛轨迹上的B、C点坐标值图中已标出。根据图中数据计算,小球平抛的初速度大小为　　　　m/s,小球抛出点的坐标为(　　　　cm,　　　　cm)。(g取10 m/s2,计算结果均保留两位有效数字)  1.5　 -30　 -20 (1)用小锤击打弹性金属片,金属片把A球沿水平方向弹出,即做平抛运动,同时B球被松开自由下落,做自由落体运动,观察到两球同时落地,该现象说明两球在竖直方向具有相同的运动规律,即做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。 (2)现将小球P、Q分别吸在电磁铁C、D上,然后切断电源,使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是:P球击中Q球。仅仅改变弧形轨道M的高度,重复上述实验,仍观察到相同现象,这说明两球在水平方向具有相同的运动规律,即做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动。 (3)由题图丙可知xAB=xBC=0.3 m,小球从A到B所用时间T与从B到C所用的时间T相等,设小球在A点的竖直分速度为vAy,从A到B过程,竖直方向有 yAB=vAyT+gT2=0.6 m 从A到C过程,竖直方向有 yAC=vAy·2T+g(2T)2=1.60 m 解得vAy=2 m/s T=0.2 s 小球做平抛运动,则有xAB=v0T 解得v0=1.5 m/s 从抛出点到A点有vAy=gt x=v0t y=gt2 解得x=0.3 m,y=0.2 m 所以抛出点坐标为(-30 cm,-20 cm)。 [B组　综合强化练] 3.(2024·广东揭阳高一检测)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g取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 (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。 4.(2024·广东珠海高一模拟)某物理兴趣小组为了研究平抛运动,进行了探究实验,实验步骤如下: A.紧贴水平实验桌右后侧竖直固定贴有白纸的木板。在实验桌上固定竖直立柱,轻质弹簧一端固定在立柱上,弹簧水平,自由端在实验桌上的A点; B.用小球向左压缩弹簧到B点; C.把小球由静止释放,小球被弹开。观察小球离开桌面的位置O,在白纸上记录O点位置。用重垂线作出过O点的竖直线,画出水平线。然后用带有小孔(小孔直径略大于小球直径)的硬纸板贴近木板上的白纸,注意保持硬纸板水平,调整纸板位置,使小球从小孔穿过,在白纸上记录小孔的位置; D.重复B、C两步骤,在白纸上记录小孔的不同位置; E.测量记录的小孔位置到所画竖直线的距离x和到水平线的距离y。 回答下列问题(当地重力加速度为g): (1)小球应该采用　　　　。  A.小塑料球 B.小木球 C.小皮球 D.小钢球 D (2)实验桌面　　　　(选填“需要”或“不需要”)光滑。  (3)小球每次从B点由静止释放是保证小球　　　　　　　　相同。  (4)在白纸上记录的点迹用平滑曲线连接起来,小球的运动轨迹为　　　　。  (5)在坐标纸上建立坐标系,以y为纵轴,以　　　　为横轴(选填“x”“x2”或“”),描点连线得出一条过原点的直线。  不需要 平抛初速度 抛物线 x2 (1)为了减小空气阻力的影响,应选用密度大,体积小的小球,则图中小球应该采用小钢球,故A、B、C错误,D正确。 (2)桌面是否光滑,对平抛运动没有影响,故实验所用桌面不需要光滑。 (3)为了描绘平抛运动的轨迹,多次释放小球,每次操作都使小球从桌面上的同一位置释放,这样做可以保证小球每次做平抛运动的初速度相同。 (4)小球做平抛运动,根据数学知识可知,轨迹为抛物线。 (5)以y为纵坐标,以x2为横坐标,把记下的数据描绘在坐标纸上,在坐标纸上得到一条过原点的直线。 5.(2024·广东清远高一检测)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;将木板向远离槽口方向平移距离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;将木板再向远离槽口方向平移距离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间竖直距离y1= 5.02 cm,B、C间竖直距离y2=14.82 cm。请回答以下问题:(g取9.80 m/s2) (1)每次都要使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放的原因是　　　。  答案:(1)见解析 (2)每次把木板移动相同的水平距离,则代表发生相同水平位移的这两段平抛运动所花费的时间　　　　(选填“相同”或“不同”)。  (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。  相同 x 1.00 (1)为了确保小球每次抛出的轨迹相同,应该使小球抛出时的初速度相同,因此每次都应使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放。 (2)因为小球水平方向做匀速直线运动,由x=v0t知,若x相同,则时间t相同。 (3)在竖直方向上:Δy=y2-y1=gt2 t= 水平方向上:x=v0t 初速度v0==x。 (4)代入数据解得v0=1.00 m/s。 [C组　培优选做练] 6.如图甲为某种管口出水方向可调的瓶装水电动取水器,某实验小组利用平抛运动规律测量该取水器取水时的流量(单位时间内流出水的体积)。实验方案如下: (1)利用仪器测量取水器出水管内径d。 (2)调节取水器管口方向,使水从管口沿　　　　方向射出。  (3)待水在空中形成稳定的弯曲水柱后,紧贴水柱后方放置白底方格板(已知每个正方格的边长为L),并利用手机正对水柱拍摄照片,取水柱上的三个点a、b、c,如图乙所示,图中a点　　(选填“是”或“不是”)平抛的起点。  (4)已知当地重力加速度大小为g,根据图乙可以计算水从管口喷出时的初速度v=　　　　(用L、g表示)。  (5)由上述信息可计算得出取水器取水时的流量Q=　　　　(用L、g、d表示)。  水平 不是 πd2 (2)由于是利用平抛运动规律测量该取水器取水时的流量,因此应让取水器启动后水从管口沿水平方向射出。 (3)由初速度为零的匀变速直线运动连续相等时间内的位移之比为1∶3∶5…可知,a点不是平抛的起点。 (4)由题图乙可知,水从a点运动到b点再到c点,a、b间水平方向位移与b、c间水平方向位移都是2L,说明tab=tbc,a、b间竖直方向位移与b、c间竖直方向位移大小分别为3L和5L,故5L-3L=gt2,解得t=,平抛的初速度为v===。 (5)水管的横截面积S=π,可得取水器取水时的流量为Q=S·v=πd2。 $$