1.3.1 探究平抛运动的特点 课件 -2025-2026学年高一下学期物理粤教版必修第二册

该高中物理课件聚焦平抛运动特点探究，通过运动合成与分解方法，系统展示平抛运动水平方向匀速直线运动、竖直方向自由落体运动的实验验证过程，以对比实验（如两钢球碰撞）导入，衔接运动合成与分解知识，搭建从直线运动到曲线运动分解的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，融合对比实验法（直观验证分运动性质）、轨迹研究法及频闪照片法，通过改变电磁铁位置多次实验、y-x²图像数据处理等培养科学思维。例如对比实验中平抛与匀速/自由落体钢球碰撞，体现严谨实验设计与证据收集，助力学生提升实验操作和数据分析能力，教师可依托结构化方案优化教学效率。

第一章　抛体运动 第三节　平抛运动 第1课时　探究平抛运动的特点 学习目标 1.会用运动合成与分解的方法研究平抛运动.(物理观念) 2.知道平抛运动的条件及相应控制方法,会用获得位置的方法确定多个点,并会描绘平抛运动的轨迹.会根据平抛运动的轨迹,研究平抛运动水平和竖直分运动的特点.(科学探究) 3.通过探究平抛运动特点的实验,了解科学探究中获取及处理数据的方法.(科学探究) 基础落实·必备知识全过关 一、实验目的 1.用实验方法描出平抛运动的轨迹. 2.探究物体做平抛运动的特点,即物体速度和位移随时间的变化关系. 二、实验原理 平抛运动在水平方向的分运动是　　　　　　　　　　,在竖直方向的分运动是　　　　　　　　.运用运动合成与分解的方法,我们可以把比较复杂的平抛运动分解为两个简单的直线运动来进行研究.  匀速直线运动 自由落体运动 三、实验方案 1.对比实验法 实验装置如图所示. 平抛运动实验器 (1)研究平抛运动水平方向分运动的特点 ①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　　　　　同时　　　　　　射出.  ②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　　　　.  ③多次重复以上步骤. 当电磁铁C、D上的钢球同时释放时,两个钢球分别做平抛运动和匀速直线运动,并最终发生碰撞.这表明做平抛运动的钢球在　　　　　　上的分运动是匀速直线运动.  初速度 水平 相等 水平方向 (2)研究平抛运动竖直方向分运动的特点 ①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. ②改变电磁铁E的位置,让其从N向M移动. ③多次重复以上步骤. 当同时释放电磁铁C、E上的钢球时,两个钢球分别做平抛运动和自由落体运动,并最终同样发生碰撞.这表明做平抛运动的钢球在　　　　　　上的分运动是自由落体运动.  竖直方向 2.轨迹研究法 描出物体做平抛运动的轨迹,建立起水平、竖直的直角坐标系,通过平抛运动的轨迹分析平抛运动的特点. 3.频闪照片法 频闪照片的频闪周期T相等,通过频闪照片记录小球做平抛运动的轨迹,以更精确地研究平抛运动的特点. ①以小球的第一张照片位置中心为原点O,水平方向为x轴、竖直方向为y轴建立平面直角坐标系. 拍照时间间隔相等 ②小球其他照片位置中心依次为A、B、C、D…,过A、B、C、D点分别作x、y轴的垂线,在x、y轴上测量OA、AB、BC、CD之间的距离,记为xOA、yOA等. ③在误差允许的范围内,若xOA=xAB=xBC=xCD,则表明平抛运动的水平分运动为匀速直线运动. ④在误差允许的范围内,若yCD-yBC=yBC-yAB=yAB-yOA,根据(yCD+yBC)-(yAB+yOA)=4aT2,T为频闪周期,可得加速度a;若a=g(重力加速度),则表明平抛运动的竖直分运动为自由落体运动. 四、数据处理 1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 (1)原理: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=kx2的关系,且同一轨迹上k是一个特定的值. (2)验证方法 方法一:代入法 用刻度尺测量几个点的x、y坐标,分别代入y=kx2中求出常数k,看计算得到的k值在误差允许范围内是否为一常数. 方法二:图像法 建立y-x2坐标系,根据所测量的各个点的x、y坐标值分别计算出对应y值的x2值,在y-x2坐标系中描点,连接各点看是否在一条直线上,并求出该直线的斜率即为k值. 2.探究水平和竖直分运动的规律 (1)如图所示,在平抛运动轨迹的水平坐标轴x上,从原点O开始向右取几个距离相等的点a、b、c,再在轨迹上找到它们的对应点A、B、C,则物体从其中一个位置运动到下一个位置所用时间都是相等的. (2)过A、B、C作水平线与y轴分别交于a'、b'、c',则这些点间的距离就是每经过相等时间,物体在竖直方向的位移. (3)测量Oa'、a'b'、b'c'的长度,探究在竖直方向上是否做匀变速直线运动. 3.计算平抛物体的初速度 (1)在确定坐标原点为抛出点的情况下,在轨迹曲线上任取几点. (2)用刻度尺和三角板分别测出它们的横、纵坐标值. 五、注意事项 1.做实验时必须调整轨道末端的切线沿水平方向,即小球能在轨道末端静止. 2.木板必须处于竖直平面内,固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直. 3.坐标原点不是轨道出口的端点,而是小球出轨道出口时球心在木板上的投影点. 4.小球开始滚下的位置高度要适中,以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜. 5.在运动轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度. 保证小球平抛运动 六、误差分析 1.实验时轨道末端没有水平,使得小球离开轨道后不做平抛运动. 2.描点不准确. 3.在轨迹上量取某点坐标时出现误差. 易错辨析 (1)实验用小钢球比用橡皮球误差更小.(　　) (2)轨道对小球的摩擦力会对实验结果产生影响.(　　) (3)每次释放小球的初始位置应相同.(　　) (4)描绘轨迹时,可以将各记录点用直线连接起来.(　　) √ × 提示 小球每次运动过程摩擦力作用效果都相同,因此小球平抛初速度等大,摩擦力不影响实验结果. √ × 提示 应用光滑的曲线连接各记录点. 重难探究·能力素养全提升 探究点一　实验原理与实验操作 典例剖析 【例题1】 如图所示,让小钢球从斜槽滚下,用描点的方法画出小钢球做平抛运动的轨迹,回答问题. (1)斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端　　　;  (2)方木板固定:方木板必须处于　　　　　　内,固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直;  水平 竖直平面 (3)小钢球释放:小钢球每次必须从斜槽上　　　　　　　位置由静止滚下,小钢球开始滚下的位置高度要适中,以使小钢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)实验时,除了方木板、小钢球、斜槽、铅笔、重垂线、图钉之外,下列器材中还需要的有　　　　;  A.秒表　　　　　　B.坐标纸 C.天平　　 D.弹簧测力计 (5)引起实验结果偏差的原因可能是　　　　.  A.安装斜槽时,斜槽末端不水平 B.确定Oy轴时,没有用重垂线 C.斜槽不是绝对光滑的,有一定摩擦 D.空气阻力对小钢球运动有影响 同一 B ABD 解析 (1)为使小钢球水平抛出,必须调整斜槽,使其末端水平. (2)小钢球在竖直平面内做平抛运动,所以方木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)为了保证小钢球的初速度大小相等,每次从斜槽的同一位置由静止释放. (4)为更好地画出和分析平抛运动轨迹,实验还需坐标纸,故B正确. (5)安装斜槽时,斜槽末端切线方向不水平;确定Oy轴时,没有用重垂线;空气阻力对小钢球运动的影响,都是引起实验结果偏差的原因.故A、B、D正确.为了保证小钢球的初速度大小相等,每次从斜槽的同一位置由静止释放小钢球即可,斜槽没必要一定光滑,故C错误. 对点演练 1.某小组用以下装置探究平抛运动的特点.请回答下列问题: (1)如图甲所示,用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释放,做自由落体运动.改变装置离地高度及小锤击打金属片的力度,多次实验后发现两球总是同时落地.实验结论是　　　.  A.A球水平方向做匀速直线运动 B.A球竖直方向做自由落体运动 B (2)用频闪照相的方法记录做平抛运动的小球每隔相等时间的位置图如图乙所示.请在图乙上描出照片记录的小球的轨迹. (3)通过对照片中轨迹的分析,说出小球水平方向做匀速直线运动的理由:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　.  测量照片中任意相邻两小球的水平位移相等 答案 见解析图 解析 (1)每次两球都同时落地,说明A球竖直方向的分运动是自由落体运动,故选B. (2)描出照片记录小球的轨迹,如图所示. (3)测量照片中任意相邻两小球的水平位移相等,说明小球水平方向做匀速直线运动. 探究点二　实验数据处理 知识归纳 平抛运动竖直方向上是自由落体运动,在连续相等的时间T内位移之比为1∶3∶5∶7∶…∶(2n-1),且相邻的后一个T比前一个T内多下落Δy=gT2,而水平方向在连续相等的时间内位移相等. 【例题2】 在“探究平抛运动的特点”的实验中,某同学采用如图甲所示的实验装置,每次都将小球从斜槽的同一位置无初速释放,并从斜槽末端水平飞出.改变水平挡板的高度,就改变了小球在挡板上落点的位置,从而可描绘出小球的运动轨迹. (1)研究平抛运动规律时,下列条件有利于减小误差的是　　　　.  A.斜槽轨道尽量光滑 B.斜槽轨道末端保持水平 C.减小挡板每次移动的距离,获得更多的记录点 D.使用密度更小的塑料小球进行实验 甲 BC (2)实验后得到了小球的运动轨迹,每小格的边长L=5 cm,实验中记录了小球运动中的三个位置,如图乙所示.则可知相邻两点间的时间间隔为______　　　　 s,该小球做平抛运动的初速度大小为　　　　　 m/s,在B点时的速度大小为　　　　　 m/s.(结果保留一位小数,g取10 m/s2)  乙 0.1 1.5 2.5 (3)下列图像能正确反映上述实验中y与x关系的是　　　　.  C 解析 (1)斜槽轨道不需要光滑,只要保证每次都从同一位置静止释放小球,就可保证小球做平抛运动时的初速度相同,故A错误;斜槽轨道末端必须保持水平,才能使小球在抛出时获得水平初速度,对减小实验误差有帮助,故B正确;减小挡板每次移动的距离,获得更多的记录点,对减小误差有帮助,故C正确;使用密度更小的塑料小球进行实验时,会增加空气阻力对小球运动的影响,对实验不利,故D错误. (2)平抛运动水平方向做匀速直线运动,根据题图乙中数据可知,AB间的水平距离等于BC间的水平距离,则可知相邻两点间的时间间隔相同,而平抛运动竖直方向做自由落体运动,根据位移差公式可得3L=v0t,5L-3L=gt2,联 方法技巧　平抛运动水平方向运动性质的判定 (1)根据平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动及自由落体下落高度与运动时间的关系可知 ,在平抛运动轨迹的竖直坐标轴y上,从原点O开始向下取一个坐标为h的点,再找到坐标为4h、9h、…的点. (2)过这些点作水平线与轨迹分别交于A、B、C、…点,则这些点就是每次经过相等时间物体所到达的位置,如图所示. (3)测量出OA、AB、BC、…的水平距离,对比实验测量结果,若各段距离相等,说明水平方向上的运动是匀速直线运动. 对点演练 2.在某星球上用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律.在铁架台的悬点O正下方P点有水平放置的炽热电热丝,当悬线摆至电热丝处时被烧断,之后小球做平抛运动.现利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做平抛运动的多张照片,经合成后,照片如图乙所示.a、b、c、d、e为连续五次拍下的小球位置,已知照相机拍摄的频率为10 Hz,该照片的长度与实际背景屏的长度之比为1∶10.计算结果均保留两位有效数字. (1)为了得到小球做平抛运动的轨迹,应该用　　 　　(选填“直线”“折线”或“平滑曲线”)连接各点.  (2)根据上述信息,可知a点　　　　(选填“是”或“不是”)小球平抛的起点;该星球表面的重力加速度大小为　　　　 m/s2 (保留两位有效数字).  (3)小球做平抛运动的初速度大小为　　　　 m/s(保留两位有效数字) . (4)由图乙的信息,可以算出小球在d点时的速度大小为　　　　 m/s (保留两位有效数字).  平滑曲线 不是 10 2.0 4.0 解析 (1)小球做平抛运动的轨迹是抛物线,轨迹为平滑的曲线,应该用平滑曲线连接各点. (2)由于水平间距相等,时间间隔相同,从平抛运动起点开始竖直高度之比应为1∶3∶5∶…,所以a点不是平抛运动的起点; 探究点三　实验拓展与延伸 典例剖析 【例题3】 某实验小组利用如图甲所示的装置来测定平抛运动的初速度.水平木板A上分布着间距均为d的平行插槽P1P1'、P2P2'、…,在竖直木板B的左侧面由里向外依次铺上白纸、复写纸,并固定在木板B上,保证木板B与斜槽轨道所在的竖直面垂直.让小钢球在斜槽轨道上的某位置由静止释放,从末端飞出后撞击复写纸,在白纸上留下小钢球落点.每打完一点后,把木板B插入后一插槽中,得到小钢球在白纸上打下的若干痕迹点,如图乙所示. 甲 乙 (1)为了减小实验误差,下列做法必要的是　　　.  A.实验时应保证斜槽轨道末端水平 B.选择对小钢球摩擦力尽可能小的斜槽轨道 C.每次实验可以让小钢球从不同位置释放 D.将木板B插入插槽中时应保证木板B竖直 (2)实验小组测得插槽间距d=20 cm,白纸上记录了小钢球的4个落点,相邻两点之间的距离依次为16.40 cm、21.30 cm、26.20 cm,当地重力加速度g取9.8 m/s2,则小钢球平抛运动的初速度大小为　　　 m/s(保留三位有效数字).  AD 2.83 解析 (1)为了保证小钢球做平抛运动,小钢球的初速度需水平,即斜槽末端需水平,故A正确;小钢球每次从斜槽的同一位置由静止释放,而斜槽摩擦力的大小不影响实验,故B、C错误;水平木板A上分布的平行插槽P1P1'、P2P2'、…的间距均为d,为保证相邻两点的时间间隔相等,将木板B插入插槽中时必须保证木板B竖直,故D正确. 对点演练 3.小明学完平抛运动的知识后,尝试利用平抛运动的知识测量家里的弹射器射出弹丸的速度.小明准备了白纸、米尺、复写纸、支架等材料.实验时,先将白纸和复写纸固定在墙上,并用支架将弹射器固定好,装置如图甲所示.接着压缩弹射器朝墙壁发射弹丸,弹丸通过碰撞复写纸片在白纸上留下落点位置.随后将弹射器沿垂直于墙面方向远离墙壁移动,每次移动的距离为0.2 m.通过几次重复实验,挑了一张有4个连续落点痕迹的白纸,如图乙所示.g取10 m/s2. (1)下列做法必要的是　　　　.  A.在安装时,必须确保弹射器水平放置 B.为了减小实验误差,应选用体积小密 度大的弹丸 C.每次必须将弹簧压缩至相同位置 释放弹丸 D.第一次实验时,需要测量弹射器开口 到墙壁的距离 (2)根据测量的数据,可知弹丸离开弹射器的速度大小为　　　　　 m/s,弹丸打到C点时的速度大小为　　　　　 m/s.(结果均保留两位有效数字)  ABC 2.0 2.8 解析 (1)要保证弹丸每次都做平抛运动,必须确保弹射器水平放置,A正确;为了减小实验误差,应选用体积小密度大的弹丸,B正确;为保证弹丸的初速度相同,每次必须将弹簧压缩至相同位置释放弹丸,C正确;第一次实验时,不需要测量弹射器开口到墙壁的距离,D错误. (3)根据平抛运动水平方向是匀速直线运动及竖直方向是自由落体运动,分别计算物体的初速度v0,最后计算物体的初速度的平均值. 立解得t=0.1 s,v0=1.5 m/s,小球在B点的竖直分速度大小为vBy==2 m/s,则可得小球在B点的速度大小为vB==2.5 m/s. (3)根据平抛运动的研究方法可得y=gt2,x=v0t,联立可得y=x2,则可知y与x2成正比.故选C. y=gt2 照相机拍摄的频率为10 Hz,周期为T= s=0.1 s,根据匀变速直线运动规律,有Δy=gT2,解得g= m/s2=10 m/s2. (3)小球水平方向做匀速直线运动,小球做平抛运动的初速度大小为v0= m/s=2.0 m/s. (4)匀变速直线运动中间时刻速度等于平均速度,可知d点竖直方向速度大小为vdy= m/s=3.5 m/s,所以小球在d点时的速度大小为vd= m/s≈4.0 m/s. (2)小钢球在竖直方向做自由落体运动,由匀变速直线运动的推论可知Δy=gt2,则有t= s= s 小钢球的初速度大小为v0= m/s≈2.83 m/s. (2)弹丸的运动在竖直方向上是自由落体运动,得yBC-yAB=gT2,解得点迹间的时间间隔为T==0.1 s,弹丸离开弹射器的速度大小为v0==2.0 m/s,弹丸打到C点时竖直方向速度分量大小为vCy==2.0 m/s,弹丸打到C点时的速度大小为vC=≈2.8 m/s. $