5.3 实验探究平抛运动的特点 导学案 -2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

人教版（2019）物理（必修第二册） 第五章 抛体运动 第三节 实验：探究平抛运动的特点 【学习目标】 1．能说出抛体运动和平抛运动的受力特点和条件，能找出两者的联系与区别； 2．利用运动分解设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，并描绘出平抛运动的轨迹； 3．通过对比法探究平抛运动竖直方向和水平方向的分运动特点。 【学习重难点】 重点：设计与完善实验方案。 难点：开展实验操作，处理实验数据。 课本导练 (1)平抛运动的轨迹是曲线，比较复杂。目前我们比较熟悉直线运动，根据我们已经学习的运动的合成与分解的知识，我们是否可将平抛运动分解为两个较为简单的直线运动呢？ (2)根据平抛运动速度特点和受力特点，你认为分解为哪两个方向的分运动比较合适？ (3)根据你的判断和分析，你认为在你刚刚分解的这两个方向上，物体分别做什么样的运动？ ． 某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板（还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画），木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示 1．某同学为了省去图中的水平木板，把实验方案作了改变。他把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在墙上，使从水平桌面上滚下的钢球能打在墙上，从而记录钢球的落点。改变桌子和墙的距离，就可以得到多组数据。如果采用这种方案，应该收集哪些数据并如何处理这些数据？ 2．某同学目测桌子高度大约为0.8m，他使小球沿桌面水平飞出，用数码相机拍摄小球做平抛运动的录像（每秒25帧）。如果这位同学采用逐帧分析的办法，保存并打印各帧的画面。他大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？ 3．小刚同学通过实验，得到了某物体在平面上运动的一条运动轨迹，如图平面直角坐标系中的曲线所示。他根据物体运动轨迹的特点作出了猜想：如果物体在y方向做匀速直线运动，那么物体在x方向必定做匀加速直线运动。小刚同学的猜想是否成立？作图并给出你的分析过程。 点评点拨 一、实验思路 平抛运动的轨迹是曲线，根据运动的合成与分解，可以把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动，即设计实验分别研究物体在_____和_____的分运动的特点． 由力的独立作用原理推测出做平抛运动的物体在两个方向上的运动情况： （1）在水平方向不受力的作用，物体做匀速直线运动； （2）物体只受竖直向下的重力作用，竖直方向的初速度为零，做自由落体运动． 二、进行实验 方案一 频闪照相法 ①用频闪照相法记录小球的位置 调节照相机的闪光频率，打开照相机使其正对小球运动的轨迹平面．将小球水平抛出，小球做平抛运动，照相机每秒拍摄小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片，将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线，可得到小球的运动轨迹．以抛出点为坐标原点，沿水平方向和竖直方向分别建立x轴和y轴，将各球中心点的坐标记录在表格中． ②数据处理 分析实验数据，发现在误差允许的范围内，在水平方向上，相邻两个位置的小球中心的距离总是相等；在竖直方向上，连续相邻两个位置的小球中心的距离差总是一个定值．根据照相机闪光的频率和竖直方向上连续相邻两个位置的小球中心的距离差，求出小球做平抛运动的加速度，发现与当地的重力加速度非常接近． 方案二 分步研究水平和竖直两个方向的运动规律 ①步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点 a．实验操作 在如图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片后，小钢球A沿水平方向抛出，做____运动；同时小钢球B被释放，自由下落，做____运动．观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后．分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象． b．实验现象 两小钢球每次都____落地，说明两小钢球在竖直方向上的运动情况相同，即做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动是____运动． c．实验结论 做平抛运动的物体在竖直方向上做____运动． ②步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点 a．实验思路 如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的特点，就可以分析得出平抛运动在水平方向分运动的特点． b．绘制轨迹 在如图乙所示的装置中，斜槽M末端____．钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动．在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上．实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上．钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹．上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置．最后，用____曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹． c．数据处理 根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，可得从抛出点开始，连续相等时间内的竖直位移之比为1∶3∶5∶…，根据这个规律确定“相等的时间间隔”；测量相等的时间内水平分运动的位移，若____，说明水平方向的分运动是____运动． d．实验结论 做平抛运动的物体在水平方向上做____运动． 三、注意事项 1．斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端切线____，将小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直轨道上的任意位置____，则斜槽末端切线水平。 2．方木板固定：方木板必须处于____平面内，固定时要用____检查坐标纸竖线是否竖直。 3．小球释放 （1）小球每次必须从斜槽上____由静止滚下。 （2）小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 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木板上的投影点。 5．初速度的计算：在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度。 四、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。 例1． 某次实验中用频闪照相技术拍下的两小球运动的频闪照片如图所示，拍摄时，光源的频闪频率为 球从A点被水平抛出的同时，b球从与A点等高的B点开始无初速度下落，背景小方格为相同的正方形，重力加速度g取 ，不计空气阻力。 （1）比较a、b两小球的运动轨迹能确定平抛运动在竖直方向的运动是___（填标号）。 A．自由落体运动 B．匀速直线运动 （2）照相机拍摄相邻两张照片的时间间隔为____s，并结合照片可知背景小方格的边长为____m． （3）a小球的初速度为_____m/s 例2． 如图所示，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，同时B球被松开，自由下落。下列判断正确的是（ ） A．可以观察到B球先落地 B．若A、B两球同时落地说明A球在竖直方向上做自由落体运动 C．若A、B两球同时落地说明A球在水平方向上做匀速直线运动 D．若击打弹性金属片力度变小，则B球可能先落地 变式训练． 如图所示，是两个研究平抛运动的演示实验装置，对于这两个演示实验的认识，下列说法正确的是（ ） A．甲图中，两球同时落地，说明平抛小球在水平方向上做匀速运动 B．甲图中，两球同时落地，说明平抛小球在竖直方向上做自由落体运动 C．乙图中，两球恰能相遇，说明平抛小球在水平方向上做匀速直线运动 D．乙图中，两球恰能相遇，说明平抛小球在水平方向上做自由落体运动 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 实验题． 某学习小组利用不同的实验装置，进行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。为了验证做平抛运动的小球在竖直方向做自由落体运动，用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。关于该实验，下列说法中正确的有________。 A．两球的质量应相等 B．两球的质量可以不相等 C．两球应同时落地 D．应改变装置的高度，多次实验 E．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动 （2）乙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，图中背景方格的边长均为5cm，如果重力加速度g取 ，照相机的闪光频率为________Hz；小球平抛的初速度大小为________m/s，经过B点时的竖直分速度大小为________m/s（所有结果保留2位有效数字）。 【参考答案】 课本导练 【答案】 1．研究方法：（1）建立平面直角坐标系；（2）化曲为直，将运动进行分解。 2．分解方向：水平方向和竖直方向分解平抛运动 3．理论猜想： 初速度 受力情况 运动情况 水平方向 v0 不受力 匀速直线运动 竖直方向 0 G 自由落体运动 ．【答案】 见解析 展示讨论 1．【答案】见解析 2．【答案】10帧 3．【答案】见解析 点评点拨 一、实验思路 【答案】 水平方向；竖直方向 【答案】 平抛；自由落体；同时；自由落体；自由落体；水平；平滑；位移相同；匀速直线；匀速直线 三、注意事项 【答案】 1．水平；静止；2．竖直；重垂线；3．同一位置 例1．【答案】A；0.1；0.05；1 例2．【答案】B 变式训练．【答案】BC 小结小测 二、课堂小测 实验题．【答案】 BCD 10 1.5 2.0 学科网（北京）股份有限公司 $