第4章 第四讲 探究平抛运动的特点(重点实验)（课件）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（普高基础版）

探究平抛运动的特点 (重点实验) 第四讲 1 落实基本知能 2 突破常考题点 CONTENTS 目录 3 迁移拓展训练 落实基本知能 一、理清原理与操作 原理装置图 操作要领 (1)调节：①斜槽末端水平；②固定白纸的平板竖直。 (2)确定平抛起点：将小球飞离斜槽末端时球心的位置描在白纸上。 (3)操作：①每次都从同一位置由静止释放小球； ②上下调节挡板，通过多次实验，在白纸上记录小球所经过的多个位置。 (4)轨迹获取：用平滑曲线把白纸上各印迹连接起来。 续表 二、掌握数据处理方法 1.平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点，测出该点离抛出点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0。因x=v0t，y=gt2，故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=，所以初速度v0==x。 三、强化重点环节和关键能力 1.注意事项 (1)固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度沿水平方向。 (2)固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 (3)为保证小球每次都从斜槽上的同一位置由静止释放，可在斜槽上某一位置固定一个挡板。 (4)坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。 (5)计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算。 2.误差分析 (1)安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动。 (2)建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确。 (3)小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。 (4)确定小球运动的位置时不准确，会导致误差。 (5)量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。 突破常考题点 本实验的命题特点主要集中在以下两个方面：(1)轨迹的坐标原点是否为小球平抛的起点；(2)因实验原理与装置的不同，确定小球运动轨迹的方式也不同，数据处理的方法也有所不同。 命题点(一)　坐标原点是否为平抛起点 1.(2024·河北高考，节选)图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。 (1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度　　　　(填“相同”或“不同”)。  答案：相同　 解析：在探究平抛运动特点的实验中，要使钢球到达斜槽末端的速度相同，则每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度相同。 (2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。 解析：用平滑曲线连接坐标纸上的点，即为钢球做平抛运动的轨迹，作图时应使尽可能多的点在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线两侧，如图所示。 (3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为　　　m/s(当地重力加速度g为9.8 m/s2，保留2位有效数字)。  答案：0.74(0.69~0.79均可) 解析：根据平抛运动规律有x=v0t，y=gt2，联立可得v0=x，在轨迹图线上选取一点(15 cm，20 cm)，代入数据可得v0≈0.74 m/s。 2. (2025年1月·八省联考陕晋宁青卷)图(a)为研究平抛运动的实验装置，其中装置A、B固定在铁架台上，装置B装有接收器并与计算机连接。小球从装有发射器的装置A上某高度处沿着轨道向下运动，离开轨道时，装置B开始实时探测小球运动的位置变化。根据实验记录的数据由数表作图软件拟合出平抛运动曲线方程y=1.63x2+0.13x，如图(b)所示。 (1)安装并调节装置A时，必须保证轨道末端　　　　。(填“水平”或“光滑”)  答案:水平　 解析:安装并调节装置A时，必须保证轨道末端水平，以保证小球做平抛运动。 (2)根据拟合曲线方程，可知坐标原点　　　　(填“在”或“不在”)抛出点。  答案:不在　 解析:根据曲线方程y=1.63x2+0.13x，可知该抛物线的顶点横坐标为x=- m≈-0.04 m，可知坐标原点不在抛出点。 (3)根据拟合曲线方程，可计算出平抛运动的初速度为　　m/s。(当地重力加速度g取9.8 m/s2，计算结果保留2位有效数字)  答案:1.7 解析:设在坐标原点小球的水平速度为v0，竖直速度为v0y，则根据x=v0t，y=v0yt+gt2，解得y=v0y+g=x2+x，结合y=1.63x2+0.13x，可得=1.63，解得v0≈1.7 m/s。 系统建模 1.小球平抛运动的起点在斜槽末端小球球心的位置。 2.平抛运动轨迹残缺时，可以用Δy=gT2和v0=确定小球做平抛运动的初速度。 命题点(二)　确定小球轨迹的不同方式 1.(2023·北京高考，节选)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 答案： ABD　 解析：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；实验过程中应先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。 (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。  答案：自由落体　A球相邻两位置水平距离相等　 解析：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。(g取10 m/s2)  答案：10 解析：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。 2.(2025·河南洛阳质检)在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图甲所示的装置。 实验操作的主要步骤如下： A.在一块平木板上钉上复写纸和白纸，然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直； B.使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A； C.将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B； D.再将木板水平向右平移同样距离x，让小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，在白纸上得到痕迹C。 若测得x=20 cm，A、B间距离y1=15 cm，B、C间距离y2=25 cm，已知当地的重力加速度g取10 m/s2。 (1)根据上述直接测量的量和已知的物理量可以计算出小球平抛的初速度大小v0=　　　　m/s。  答案： 2　 解析：小球在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动，所以Δy=y2-y1=gt2， 解得t=0.1 s，小球平抛的初速度大小v0== m/s=2 m/s。 (2)关于该实验，下列说法中不正确的是　　　　。  A.斜槽轨道不一定光滑 B.每次释放小球的位置必须相同 C.每次小球均需由静止释放 D.小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h，再由机械能守恒定律求出 答案：D　 解析：实验中需要小球每次做平抛运动的轨迹相同，即从斜槽末端抛出时的初速度相同，所以每次释放小球的位置必须相同，且每次小球均需由静止释放，而斜槽轨道并不一定要光滑，故A、B、C正确；由于斜槽不可能完全光滑，且存在空气阻力，所以不能由机械能守恒定律求解小球的初速度，故D错误。 (3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2，令Δy=y2-y1，并描绘出了如图乙所示的Δy-x2图像，若已知图像的斜率为k，则小球平抛的初速度大小v0与k的关系式为　　　　。  答案：v0= 解析：根据上述分析可知x=v0t=v0，整理得Δy=x2，所以k=，解得v0=。 系统建模 1.保证小球在斜槽上每次释放点的位置相同，以保证小球每次做平抛运动的初速度相同，小球平抛的运动轨迹不变。 2.确定小球平抛运动过程中不同时刻的位置，然后用平滑曲线连接起来，就可以得到小球做平抛运动的轨迹。 3.不同的实验原理获取小球做平抛运动轨迹上各点的方法也不相同。 迁移拓展训练 1.用如图(a)所示的实验装置研究物体的平抛运动。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上。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点。上下移动水平挡板MN到合适的位置，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列的痕迹点。 (1)为使钢球能水平抛出，必须调整斜槽，使其末端切线成水平方向，检查切线是否水平的方法是 。  答案：将钢球放置在斜槽末端，能保持静止(或既不向里滚，也不向外滚)，则说明斜槽末端切线水平 解析：将钢球放置在斜槽末端，能保持静止(或既不向里滚，也不向外滚)，则说明斜槽末端切线水平。 (2)每次都要从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球，原因是　　　　　　　　　　　　　。  答案：保证钢球每次都以相同的速度从斜槽末端飞出　 解析：每次都要从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球，原因是保证钢球每次都以相同的速度从斜槽末端飞出。 (3)为定量研究钢球的平抛运动，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。 ①取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于斜槽末端Q点，钢球的　　　　　(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时　　　　　(选填“需要”或“不需要”)y轴与重垂线平行。  ②若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：在如图(b)所示的轨迹上取A、B、C三点，测得AB和BC的水平间距均为x，AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，已知当地重力加速度为g，可求得钢球平抛的初速度大小为　　　　　(用字母x、y1、y2和g表示)。  答案：①球心　需要　②x 解析：①钢球在运动过程中记录下的是其球心的位置，故抛出点也应是钢球静置于Q点时球心的位置，故应以球心对应白纸上的位置为坐标原点。 钢球在竖直方向做自由落体运动，故需要y轴与重垂线平行。 ②平抛运动竖直方向的分运动为自由落体运动，根据y2-y1=gT2，解得T=，平抛运动水平方向的分运动为匀速直线运动，根据匀速直线运动公式x=v0T，解得v0=x。 2.某同学用如图甲所示的装置探究平抛运动的特点。固定在水平地面上的斜面PQO上方的弧形轨道末端水平，小球从弧形轨道上不同位置下滑，从末端水平飞出，在末端P点有一速度传感器(图中未画出)，可测出小球经P点做平抛运动的初速度v0。改变小球的释放位置，从而改变小球在P点的速度v0，测出小球的落点到OP的距离x，记录的数据如图乙所示。当地重力加速度大小g=9.8 m/s2，若用直尺测得斜面的高度PO=　　　　m，斜面的长度PQ=　　　　m，就验证了平抛运动的规律。(结果均保留两位小数)  答案：0.78　0.98 解析：根据表中数据可知，前三组数据满足 s= s= s=0.4 s，说明小球一定落在水平面上，结合平抛运动规律可得，斜面的高度PO=gt2≈0.78 m；由后两组数据有 s≈0.33 s<0.4 s， s≈0.16 s<0.4 s，可得后两组数据对应的小球落在斜面上，设斜面的倾角为θ，由平抛运动规律有=tan θ，结合最后两组数据有=tan θ，由几何关系有PQsin θ=PO，解得PQ≈0.98 m。 3.(2025·安徽淮南模拟)在某地用如图甲所示装置研究平抛运动的规律。悬点O正下方P点有水平放置的刀片，当悬线摆至P点时能轻易被割断，小球由于惯性向前飞出做平抛运动。现对小球采用频闪数码照相机连续拍摄，在有坐标纸的背景屏前，拍下了小球在平抛运动过程中的多张照片，经合成后，照片如图乙所示。a、b、c、d为连续四次拍下的小球位置，已知照相机连续拍照的时间间隔是0.10 s。照片大小如图乙中坐标所示，又知该照片的长度与实际背景屏的长度之比为5∶12，则： (1)由已知信息，可知a点　　　　(选填“是”或“不是”)小球的抛出点。  答案：不是　 解析：因为相邻相等时间间隔内的竖直位移大小之比为1∶2∶3，不符合初速度为0的匀加速直线运动连续相等时间间隔内位移大小之比为1∶3∶5的特点，故a点竖直分速度不为0，故a点不是抛出点。 (2)由已知信息，若不计其他阻力，可以算出小球做平抛运动的初速度是　　　m/s。(保留2位有效数字)  答案：0.96　 解析：根据题意可知ab间水平距离为l=4× cm=9.6 cm，小球在水平方向做匀速直线运动，所以初速度v0==0.96 m/s。 (3)由已知信息，可以推算出该地的重力加速度为　　　　m/s2。(保留2位有效数字)  答案：9.6 解析：竖直方向Δy=(ybc-yab)×=gT2，解得g=9.6 m/s2。 4.(2025·四川成都模拟预测)(1)某物理兴趣小组开展了对平抛运动规律的创新性探究，设计了如图甲所示的实验。将小钢球从坐标原点O水平抛出，做平抛运动。两束光分别沿着与坐标轴平行的方向照射小球，在两个坐标轴光屏上留下了小钢球的两个影子。影子1做　　　　　运动，影子2做　　　　运动。  答案：匀速直线　自由落体　 解析：影子1反映小钢球在水平方向的运动，所以影子1做匀速直线运动。影子2反映小钢球在竖直方向的运动，所以影子2做自由落体运动。 (2)如图乙是小张同学研究小钢球在斜面上做平抛运动的实验装置。每次将小钢球从弧形轨道同一位置由静止释放，逐渐改变斜面与水平地面之间的夹角 θ 并确保轨道末端位置不变，保证小球每次都能顺利地从轨道末端水平抛出并落到斜面上，获得不同的水平射程x，最后根据测量数据作出了如图丙所示的x-tan θ图像，取 g=10 m/s2。则由图丙可知，小钢球在斜面顶端水平抛出时的初速度 v0= 　　　m/s。(结果保留一位小数)  答案：0.7 解析：根据平抛运动规律有x=v0t，y=gt2，tan θ=，联立解得x=tan θ，由题图丙可知=0.1 m，解得v0≈0.7 m/s。 $$