第4章 实验五 探究平抛运动的特点(教用Word)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

实验五　探究平抛运动的特点 原理装置图 实验操作 注意事项 　 使小球做平抛运动，利用描点法描绘出小球的运动轨迹，以抛出点为坐标原点，建立坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式x＝v0t和y＝gt2，得v0＝x. 1.按实验原理图甲安装实验装置，使斜槽末端水平． 2．以斜槽水平部分端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴． 3．使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在该位置标记为一点．用同样的方法，在小球运动轨迹上描下若干点． 4．将白纸从木板上取下，从O点开始连接画出的若干点描绘出一条平滑的曲线，如实验原理图乙所示． 1.水平：斜槽末端的切线要水平． 2．竖直：木板必须处在竖直平面内． 3．原点：坐标原点为小球在槽口时，球心在木板上的投影点． 4．同一位置：小球每次都从槽中的同一位置由静止释放． 续表 原理装置图 实验操作 注意事项 数据 处理 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角坐标系后，轨迹上各点的坐标具有y＝ax2的关系，且同一轨迹上a是一个特定的值． 用刻度尺测量几个点的x、y坐标，分别代入y＝ax2中求出常数a，看计算得到的a值在误差范围内是否为一常数． 2.计算平抛运动的初速度 (1)平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，根据x＝v0t，y＝gt2，就可求出初速度v0＝x. (2)平抛轨迹残缺(即无抛出点) 如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2 所以t＝，则初速度v0＝＝x. 考点一　教材原型实验 [例1]　某学习小组利用如图(a)所示的装置研究平抛运动的轨迹及初速度． (1)为了达到较好的实验效果，下列操作正确的是__________(多选). A.斜槽轨道必须光滑 B．调节斜槽末端水平 C．每次从斜槽上的同一位置由静止释放小球 D．将坐标纸上确定的轨迹点用折线依次连接 (2)第一组同学按要求在坐标纸上描出平抛运动的轨迹如图(b)所示．以抛出点为坐标原点，沿水平和竖直方向建立坐标轴，在轨迹上取多个点，分别量出坐标值x、y，画出y－x2图像，如图(c)所示，得到一条过原点的直线，斜率为k，可说明平抛运动的轨迹为__________，平抛运动的初速度v0＝__________(用k和重力加速度g表示). (3)第二组同学忘了标记抛出点位置，沿水平和竖直方向建立坐标轴，在方格纸上画出小球平抛运动的部分轨迹如图(d)所示，已知小方格的边长为10 cm，可求出小球运动到B处时的速度大小为vB＝______ m/s，小球抛出点位置坐标x0＝______cm，y0＝______cm.(g取10 m/s2，结果均保留三位有效数字) 【解析】　(1)AC.斜槽轨道不需要光滑，只需保证每次从斜槽上的相同位置由静止释放小球，就可保证小球每次做平抛运动的初速度相同，故A错误，C正确； B．该实验必须调节斜槽末端水平，从而保证小球抛出时获得水平方向的速度而作平抛运动，故B正确； D．由于小球做平抛运动，其轨迹为曲线，应该根据坐标纸上确定的轨迹点，拟合出平滑的曲线作为小球运动的轨迹，故D错误． 故选BC. (2)根据图(c)可知， y－x2图像是一条过原点的直线，斜率为k，有 y＝kx2由此可知平抛运动的轨迹为抛物线； 水平方向有x＝v0t竖直方向有y＝gt2 联立可得y＝x2 可知k＝ 可得v0＝ (3)设小方格边长为L，A到B和B到C小球的水平位移均为2L，可知时间间隔相等，设为T，抛出点位置坐标为(x0，y0)，设平抛初速度为v0′，抛出点到A的时间间隔为t0，从A到C，竖直方向根据逐差相等有Δh＝L＝gT2解得T＝ 又有vBy＝ 水平方向A到B过程有2L＝v0′T 则小球运动到B点时的速度大小为 vB＝＝＝2.50 m/s 小球从抛出点到A点 vAy＝gt0 而从A到B vBy＝vAy＋gT 从抛出点到A，竖直方向有L－y0＝gt 水平方向有x0＝v′0t0 解得x0＝10.0 cm，y0＝L＝8.75 cm 则抛出点的位置坐标为(10.0 cm，8.75 cm). 【答案】　(1)BC (2)抛物线　 (3)2.50　10.0　8.75 [对点训练] 1．(2023·浙江6月选考)在“探究平抛运动的特点”实验中 ①用图1装置进行探究，下列说法正确的是________． A．只能探究平抛运动水平分运动的特点 B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验 C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点 ②用图2装置进行实验，下列说法正确的是________． A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平 B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动 C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下 　图1　　　　　　图2　　　　　图3 ③用图3装置进行实验，竖直挡板上附有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的点迹．实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留下点迹0，将挡板依次水平向右移动x，重复实验，挡板上留下点迹1、2、3、4.以点迹0为坐标原点，竖直向下建立坐标轴y，各点迹坐标值分别为y1、y2、y3、y4.测得钢球直径为d，则钢球平抛初速度v0为________． A． B． C． D． 解析：①用图1装置可以探究平抛运动竖直方向做自由落体运动的特点，需要改变小锤击打的力度，多次重复实验，B正确，A、C错误． ②用图2装置进行实验，斜槽轨道M没必要光滑，但末端必须水平，A错误；上下调节挡板N时，不需要等间距移动，B错误；小钢球必须从斜槽M上同一位置静止滚下，C正确． ③用图3装置进行实验，根据平抛运动规律有x－＝v0T，y1＝gT2，联立解得v0＝ ，A、B错误；根据平抛运动规律有4x－＝v0·4T，y4＝g(4T)2，联立解得v0＝ ，C错误，D正确． 答案：①B　②C　③D 考点二　创新拓展实验 [例2]　(2023·北京高考)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________(填选项前的字母). A．选择体积小、质量大的小球 B．借助重垂线确定竖直方向 C．先抛出小球，再打开频闪仪 D．水平抛出小球 (2)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． 　　　　图1　　　　　　图2 (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． (4)某同学实验时忘了标记重垂线方向，为解决此问题，他在频闪照片中，以某位置为坐标原点，沿任意两个相互垂直的方向作为x轴和y轴正方向，建立直角坐标系xOy，并测量出另外两个位置的坐标值(x1，y1)、(x2，y2)，如图3所示．根据平抛运动规律，利用运动的合成与分解的方法，可得重垂线方向与y轴间夹角的正切值为________． 图3 【解析】　(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；本实验需要借助重垂线确定竖直方向，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)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)小球从高度为0.8 m的桌面水平抛出，根据运动学公式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的个数为＝10. (4)设重垂线与y轴间的夹角为θ，则x轴方向有x2－2x1＝g(2T)2sin θ，y轴方向有y2－2y1＝g(2T)2cos θ，联立解得tan θ＝. 【答案】　(1)ABD　(2)自由落体　A球相邻两位置水平距离相等　(3)10　(4) [对点训练] 2．(2025·广东汕头二模)乔乔同学用平抛运动规律来测量木制小球从玩具轨道顶部滚落到水平底部时的速度．装置图如图1所示，需要用到的器材有：新买的学习桌、配送的气泡水平仪、包装用的快递盒(瓦楞纸板)和刻度尺．实验步骤如下： (1)将桌子边缘与地板纹路平行，轨道底部与桌子边缘对齐． (2)利用气泡水平仪将桌面调至水平．通过查阅说明书，乔乔知道气泡在水平仪中总保持在最高位置，当气泡处于参考线内时，安装面达到水平．将水平仪贴近桌子边缘，俯视图如图2，右侧气泡不在参考线内，此时应该将______(填写“1号”、“2号”、“3号”、“4号”)两个桌脚适当垫高． (3)把瓦楞纸板固定在架子上，调节好架子让瓦楞纸板正对轨道固定在水平地面上；将小球沾上墨水，并记录小球在轨道开始下滑的位置为O点，静止释放小球，小球飞出后在瓦楞纸板留下痕迹． (4)将瓦楞纸板往远离桌子方向平行移动距离D，并固定，__________(填写操作步骤).重复此步骤4次，瓦楞纸板留下点迹如图． (5)用刻度尺测量AB、BC、CD之间的距离y1＝16.87 cm、y2＝28.97 cm、y3＝41.07 cm，重力加速度g取10 m/s2，则相邻两次实验小球在空中运动的时间之差为T＝__________(结果保留两位有效数字). (6)用刻度尺测量瓦楞纸板每次平行移动的距离D＝12.0 cm，则小球从轨道底部水平飞出的速度v0＝__________m/s(结果保留三位有效数字). (7)完成实验后，乔乔对实验进行评价反思，可能引起误差的原因有__________(填写字母序号). A．未测量水平轨道底部离桌面高度 B．瓦楞纸板厚度不可忽略 C．小球下落过程中有空气阻力 D．通过小球在瓦楞纸板上的痕迹，通过圆心确定位置时存在误差 解析：(2)由图2可知气泡偏右，说明桌子左侧低，应该将1、4桌脚适当垫高． (4)实验中应保持平抛运动的初速度不变，需要小球从O点由静止开始下滑． (5)相邻两次实验小球在空中运动的时间之差为y2－y1＝gT2 解得T＝0.11 s (6)小球从轨道底部水平飞出的速度为 v0＝＝ m/s＝1.09 m/s (7)A.未测量水平轨道底部离桌面高度，不影响小球竖直位移，故A错误； B．瓦楞纸板厚度不影响水平位移，可忽略，故B错误； C．小球下落过程中有空气阻力，影响水平位移和竖直位移，故C正确； D．通过小球在瓦楞纸板上的痕迹，通过圆心确定位置时存在误差，影响竖直位移，故D正确． 故选CD. 答案：(2)1号、4号　(4)小球从O点由静止开始下滑　(5)0.11 s　(6)1.09　(7)CD 学科网（北京）股份有限公司 $$