5.3 实验：探究平抛运动特点（培优教学课件）物理人教版必修第二册

该高中物理课件聚焦“实验：探究平抛运动特点”，核心知识点包括平抛运动的分解原理、实验方案设计、操作关键步骤及误差控制。课堂导入通过标枪、篮球等实际运动实例提问受力共同点，衔接抛体运动知识，以问题为支架引导学生建立运动分解的初步认知。 其亮点在于以科学探究为主线，融合科学思维与科学态度。通过分方向研究、描迹法等实验方案，引导学生经历模型建构（将平抛抽象为水平匀速与竖直自由落体合运动）和科学推理（推导初速度公式），如规范斜槽末端调平、小球同位置释放等操作，强调误差控制与数据严谨。实例丰富，含频闪照相分析、多方案对比等，助学生深化运动观念，为教师提供结构化实验教学框架，提升课堂效率与学生探究能力。

第3节 实验：探究平抛运动特点 第五章 抛体运动 人教版（2019）必修第二册 导入新课 观察下面几项运动，如果忽略空气阻力的影响，那么标枪、篮球和铅球的受力又有什么样的共同特点？ 物理观念 1.运动与相互作用观：通过实验观察与分析，明确平抛运动是水平方向匀速直线运动和竖直方向自由落体运动的合运动，深刻理解运动的独立性、等时性及矢量合成与分解的规律。 2.运动观念：结合轨迹分析，精准描述平抛运动的位移、速度随时间的变化规律，建立“曲线运动可分解为直线运动研究”的认知，深化对变速曲线运动的理解。 科学思维 1.模型建构：将小球的实际平抛运动抽象为“水平匀速+竖直自由落体”的理想物理模型，掌握从实际运动中提取关键要素、构建简化模型的科学方法。 2. 科学推理：通过轨迹描点、计算水平/竖直方向位移与速度，推理出分运动规律，运用运动的合成与分解思想推导平抛运动的轨迹方程，提升逻辑推理与数学建模结合的能力。 学习目标 科学探究 1.问题与证据：围绕“平抛运动的分运动性质”提出猜想（如“竖直方向是否为自由落体”），通过实验收集轨迹数据、测量时间与位移作为证据，验证猜想的科学性。 2.操作与分析：规范操作斜槽（调末端水平）、释放小球（同一高度静止释放）、描点绘图，掌握误差分析方法（如减小空气阻力、精准描点），提升实验操作与数据处理能力。 科学态度 与责任 1.严谨求实：通过控制实验变量（如小球质量、斜槽光滑度）减小误差，培养尊重实验事实、不篡改数据的严谨治学态度。 2. 合作创新：小组协作完成实验方案设计、器材调试与结果交流，在讨论中优化实验思路，体会团队协作对科学探究的重要性。 学习目标 重点难点 重点 1. 掌握实验核心原理：将平抛运动分解为水平方向匀速直线运动和竖直方向自由落体运动。 2. 精准操作关键步骤：保证斜槽末端切线水平，小球每次从同一位置静止释放以获相同初速度。 难点 1. 实验误差控制：斜槽末端水平度、小球释放一致性难精准把控，易影响轨迹。 2. 数据处理：描点时轨迹点分布不均，难用平滑曲线拟合，导致运动规律分析偏差。 1. 抛体运动和平抛运动 2. 实验思路 3. 进行实验 4.课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 学习内容 第3节 实验：探究平抛运动特点 一、抛体运动和平抛运动 第3节 实验：探究平抛运动特点 一、抛体运动和平抛运动 1．抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动。 2．平抛运动：初速度沿水平方向的抛体运动就叫作平抛运动。 ①条件: 初速度沿水平方向； 忽略空气阻力，只受重力。 ②性质：匀变速曲线运动 v0 v0 v0 竖直上抛运动 平抛运动 斜抛运动 如何用实验来研究平抛运动的特点？ 二、实验思路 第3节 实验：探究平抛运动特点 二、实验思路 用已知知识解决新问题是我们常用的办法，对于运动，我们比较熟悉的是直线运动，能否用直线运动的方法分析平抛运动呢？ 运动的分解 水平方向分运动 竖直方向分运动 v0 G 你认为在这两个方向上，物体分别做什么样的运动？ 初速度 受力情况 运动情况 水平方向 竖直方向 0 G 自由落体运动 v0 不受力 匀速直线运动 二、实验思路 我们如何在水平方向和竖直方向上去验证我们对平抛运动的猜想呢？ （1）利用水平方向做匀速直线运动的物体和竖直方向做自由落体的物体对比研究 （2）用不同想办法把运动物体的位置随时间变化的信息记录下来，根据所记录的数据，以及相邻小球时间间隔相等的特点，分析小球在水平方向分运动的特点。然后再按照这个办法，分析小球在竖直方向分运动的特点 三、进行实验 第3节 实验：探究平抛运动特点 三、进行实验 方案一：分方向研究平抛运动 步骤1：探究平抛运动水平分运动的特点 三、进行实验 方案一：分方向研究平抛运动 步骤2：探究平抛运动竖直分运动的特点 三、进行实验 方案二：描迹法 想办法描绘出物体做平抛运动的轨迹，再根据轨迹进行分析。 法一：频闪照相或视频录制 法二：用传感器和计算机可描出做平抛运动的物体的轨迹 三、进行实验 方案二：描迹法 法三：用平抛演示仪描轨迹 （1）安装调整斜槽： 可用平衡法调整斜槽末端水平:即将小球轻放在斜槽平直部分的末端附近，调整斜槽，若小球能在平直轨道上水平部分任意位置静止，就表明斜槽末端已调水平。 安装斜槽有何要求？为什么这样要求？ 2.实验步骤 再用小磁铁把白纸、复写纸固定在背板上。 斜槽末端切线水平 三、进行实验 方案二：描迹法 法三：用平抛演示仪描轨迹 （2）调整背板：用悬挂在槽口的重垂线把背板调整到竖直方向，即利用重垂线，调节背板，使其与重垂线平行，这样就保证背板平面与小球下落的竖直面平行，然后把重垂线方向记录到固定在背板的白纸上。 （3）确定坐标原点O： 把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点O，O即为坐标原点。 怎样确定坐标原点？ 三、进行实验 方案二：描迹法 法三：用平抛演示仪描轨迹 （4）描绘运动轨迹： ①调整接球挡板：把接球挡板拉到最上方一格的位置； ②确定小球释放点：选择一个小球在斜槽上合适的位置由静止释放，以一定的初速度由轨道的平直部分水平抛出； ③获取印迹点：落的钢球打在向背板倾斜的接球挡板上，同时在背板上留下一个印迹点。再将接球挡板向下拉一格，重复上述操作方法，打出第二个印迹点，如此继续下拉接球挡板，直至最低点，即可得到平抛的钢球下落时的一系列迹点。 需保证小球每次从斜槽上同一位置由静止开始滚下。 小球每次的释放位置与状态是否相同？ 三、进行实验 方案二：描迹法 法三：用平抛演示仪描轨迹 思考1：如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？ 如图所示，在 x 轴上作出几个等距离的点 A1、 A2 、 A3 、…，把线段 OA1 的长度记为 l，则 OA2 ＝ 2l，OA3＝ 3l，由 A1 、 A2、A3、…向下作垂线，与轨迹的交点记为 M1、M2 、 M3 ….。如果轨迹的确是一条抛物线，M1、M2 、M3….各点的 y 坐标与 x 坐标间应有 y = ax2 的形式（a是一个待定的常量） A1 A2 A3 M1 M2 M3 O x y1 y y3 y2 三、进行实验 方案二：描迹法 法三：用平抛演示仪描轨迹 思考2：如何计算平抛物体的初速度？ 在轨迹曲线上任取几点A、B、C 用刻度尺测各点的坐标x和y 根据平抛运动的规律 求初速度的平均值 x1 x2 x3 斜槽是粗糙的，对实验结果是否有影响。 方案二：描迹法 思考2：如何计算平抛物体的初速度？ 在轨迹曲线上任取几点A、B、C 用刻度尺测各点的坐标x和y 根据平抛运动的规律 求初速度的平均值 三、进行实验 法三：用平抛演示仪描轨迹 方案二：描迹法 思考3;计算平抛物体的初速度 在轨迹曲线上取几点A、B、C，使他们的水平间距x 相等。 用刻度尺测各点的坐标y 根据平抛运动的规律 （不确定抛出点O） ——各点的时间间隔T相等 x x x A B C 三、进行实验 哪些因素会导致该实验有误差？ (1)安装斜槽时，其末端不水平． (2)钢球做平抛运动时受空气阻力影响． (3)钢球每次滚下的初位置不相同． (4)建立坐标系时，误将斜槽口在背板上的投影点作为坐标原点. O O′ 球心是小球实际平抛的起点 该实验有那些注意事项？ (1)为了保证实验精度，必须保证背板处于竖直平面内，使平抛轨道的平面靠近板面。 (2)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止落下． (3)坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在背板上的投影点． 三、进行实验 【例1】如图所示是某小组制作的研究平抛运动的实验装置，在竖直板上不同高度处固定两个完全相同的圆弧轨道，轨道的末端水平，在它们相同的位置上各安装一个电磁铁，两个电磁铁由同一个开关1控制，在上轨道末端O点同一高度处固定第三块电磁铁，并通过O点处的开关2控制。通电后，三块电磁铁分别吸住三个相同的小铁球A、B、C。断开开关1，A、B两个小铁球同时开始运动，当A小球运动到斜槽末 端O点处时，触动开关2，C小球开始做自由落体运 动，同时A小球做平抛运动，B球进入一个光滑的水 平轨道，三个小球恰好在P点相遇。 三、进行实验 (1)球A、B在P点相遇，说明平抛运动在水平方向是　　　　　运动；  (2)球A、C在P点相遇，说明平抛运动在竖直方向是　　　　　运动；  (3)实验中，斜槽末端O点的切线必须是水平的，这样做的目的是　　。  A.保证小铁球飞出时，速度既不太大，也不太小 B.保证小铁球飞出时，初速度水平 C.保证小铁球在空中运动的时间每次都相等 D.保证小铁球运动的轨迹是一条抛物线 三、进行实验 【解析】（1）球A、B在P点相遇，说明两球在水平方向的运动完全相同，即说明平抛运动在水平方向是匀速直线运动； （2）球A、C在P点相遇，说明两球在竖直方向的运动完全相同，说明平抛运动在竖直方向是自由落体运动； （3）实验中，斜槽末端O点的切线必须是水平的，这样做的目的是保证小铁球飞出时，初速度水平，从而使小球做平抛运动。故选B。 三、进行实验 【例2】在“探究平抛运动的特点”实验中，采用了如图甲所示的装置，实验操作是：让小球多次沿同一轨道运动，描绘出小球平抛运动的轨迹。 (1)下列操作正确的是　　　　。  A.必须调整斜槽，使其末端水平 B.小球运动时固定白纸的背板应保持竖直 C.每次必须从斜槽上同一位置由静止释放小球 D.小球在运动过程中与白纸间有摩擦不影响实验结论 三、进行实验 (2)描出小球平抛运动的轨迹如图乙所示，O为抛出点，A、B为轨迹上的两点，OA、AB竖直方向高度分别为y1、y2，按照自由落体规律，若y1∶y2=　　　　，则OA、AB段时间间隔相等；在误差允许的范围内，若x1∶x2=　　　　，则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。  (3)在此实验中，每次都要让小球从斜槽上的同一位置由静止滚下，但小球与斜槽间有摩擦力，这个摩擦力_____(选填“会”或“不会”)使实验的误差增大。  三、进行实验 【解析】（1）调整斜槽，使其末端切线水平，才能确保小球做平抛运动，故A正确；做平抛运动的小球在同一竖直面内运动，固定白纸的背板必须调节成竖直，小球运动时不应与背板上的白纸相接触，以免有阻力的影响，故B正确，D错误；要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同，且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故C正确。 （2）将平抛运动分解成水平方向上的匀速直线运动，竖直方向上的自由落体运动，因O为抛出点，则在竖直方向上为初速度为0的匀加速直线运动，若OA、AB段时间间隔相等，则有y1∶y2=1∶3，因OA、AB段时间间隔相等，若x1∶x2=1∶1，则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。 （3）只要让小球每次均从斜槽上同一位置由静止滚下，小球到达斜槽末端时速度就相同，可知小球与斜槽间的摩擦力不会增大实验误差。 三、进行实验 【例3】(2023·北京卷改编)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 三、进行实验 (2)图甲所示的实验中，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。图乙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。  (3)某同学将小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出，用频闪照相机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(重力加速度g=10 m/s2)。  三、进行实验 【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 三、进行实验 (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位置个数为=10。 四、课堂总结 第3节 实验：探究平抛运动特点 四、课堂总结 探究平抛运动的特点 抛体运动和平抛运动 探究平抛运动的特点 抛体运动 平抛运动 有初速度，任意方向 只受重力 初速度水平 只受重力 实验思路 基本思路 平抛运动的分解 进行实验 频闪照相法 分方向探究 竖直方向自由落体 水平方向匀速直线 曲线变直线 水平分运动 竖直分运动 五、练习与应用 第3节 实验：探究平抛运动特点 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 五、练习与应用 六、提升训练 第3节 实验：探究平抛运动特点 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 Lavf58.20.100 $