3.实验：探究平抛运动的特点（表格式教学设计）物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“探究平抛运动的特点”，通过观察标枪、篮球等抛体运动实例，引导学生分析受力与运动特点，衔接运动合成与分解知识，搭建“化曲为直”的研究支架，帮助学生建立平抛运动的物理观念。 资料亮点在于实验设计丰富，结合频闪照相视频观察与描迹法分组操作，引导学生经历“猜想—验证—分析”过程，培养科学探究与科学思维能力，课堂练习针对性强，助力教师高效落实核心素养，提升学生实验操作与问题解决能力。

第3节 实验：探究平抛运动的特点（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第3节 实验：探究平抛运动的特点 教学 目标 物理观念 建立平抛运动是水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合成这一核心观念。 科学思维 掌握运动的合成与分解方法，能运用“化曲为直”的思想将复杂的曲线运动分解为两个简单的直线运动进行分析。 科学探究 能够设计并操作实验（如频闪照相法、描迹法等）来探究平抛运动的规律，并学会通过轨迹分析水平和竖直两个方向上的运动特点。 科学态度 与责任 在实验中培养严谨求实的科学态度，认识到实验在物理规律探索中的重要作用，并了解平抛运动规律在实际生活中的应用。 教学重难点 教学重点： 明确平抛运动的研究方法，学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。 教学难点： 能够设计实验方案，掌握平抛运动轨迹的获取过程和方法。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 观察与思考： (1)在标枪、篮球和铅球比赛时，当标枪、篮球和铅球抛出后，它们各自运动的轨迹有何特点？ (2)如果忽略空气阻力的影响，那么标枪、篮球和铅球的分别受到哪些力的作用？ (3)观察水平抛出的粉笔的运动轨迹； (4)如果忽略空气阻力的影响，那么粉笔受到哪些力的作用？ 学生观看思考物体运动特点和受力特点 学生观看思考粉笔运动特点和受力特点 新课讲授 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 学生识记记录 新课讲授 二、实验思路 思考与讨论： (1)平抛运动的轨迹是曲线，比较复杂。目前我们比较熟悉的直线运动，根据我们已经学习的运动合成与分解的知识，我们是否将平抛运动也加以分解，并且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，你认为你刚刚分解的这两个方向上，物体分别做什么样的运动？ 【要点总结】 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 思考与讨论: (1)我们如何研究平抛运动的思路我们清楚了，那么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？ (2)你是否可以设计一个实验方案来实现这个目的？说一说你的实验方案和大家分享一下。 学生思考讨论 学生思考讨论 学生识记记录 学生思考讨论实验方案 新课讲授 三、进行实验 方案一：频闪照相 观看视频，回答以下问题： 1.现象分析： (1)在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上的运动是匀速直线运动。 (2)在竖直方向上，两球运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动。 2.建系与数据测量： (1)以抛出点小球球心位置为坐标原点，建直角坐标系。 (2)数据测量和记录 运动点迹 横坐标 纵坐标 A B C D E 思考与讨论： (1)通过测量数据是否可以验证物体所做平抛运动的轨迹是抛物线？ (2)根据平抛运动水平方向和竖直方向的运动特点，由x=v0t和两个方程，是否可以推导出相应的抛物线方程？试试看，如果可以，说明了什么？ (3)根据你推导得到的平抛运动轨迹方程，结合测量数据，你是否可以求出平抛运动的初速度？ 【例题1】用频闪照相的方法研究A、B两球的运动，如图所示是它们运动过程的频闪照片。仅从照片上看，相邻竖直线之间的距离相等，相邻水平线之间的距离不相等，据此，可以认为（　A　） A．A小球在水平方向做匀速运动 B．A小球在水平方向做匀加速运动 C．A小球在竖直方向做匀速运动 D．A小球在竖直方向做匀加速运动 方案二：描迹法 步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点 步骤1实验过程: (1)用小锤敲击弹性金属片，观察小球A和小球B分别做什么运动？它们是否同时落地？ (2)改变敲击弹性金属片的力度，再观察小球A和小球B分别做什么运动？它们是否同时落地？ (3)通过观察结果，你认为小球A在竖直方向上运动是什么性质的运动？你的依据是什么？ ①平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。 ②依据是小球A和B同时落地，说明两物体竖直方向上的运动情况相同。 步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点 实验器材：平抛运动实验器，小钢球，刻度尺，白纸，复写纸，2块三角板，铅笔． 步骤2实验过程: (1)按照如图所示安装实验装置． (2)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上． (3)调节斜槽M末端水平． (4)让钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动．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． (5)上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经的多个位置． (6)用平滑曲线把这些印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹． (7)建系与数据处理： ①以抛出点小球球心位置为坐标原点，建直角坐标系。 ②用平滑的曲线拟合平抛运动的轨迹。 ③数据测量和记录 运动点迹 横坐标 纵坐标 A B C D E (8)根据轨迹确定水平分运动的规律． ①在平抛的轨迹上找出四个点，分别是O、A、B、C，使在竖直方向相邻点之间位移之比满足1:3:5。 ②测算O、A、B、C在水平方向上的相邻点的水平位移是否相等。在误差允许的范围内，如果相邻点的水平位移相等，则可证明水平分运动是匀速直线运动。 思考与讨论： (1)通过测量数据是否可以验证物体所做平抛运动的轨迹是抛物线？ (2)根据平抛运动水平方向和竖直方向的运动特点，由x=v0t和两个方程，是否可以推导出相应的抛物线方程？ (3)根据测量数据，请作出y与x2的图像，由画出的图像，我们是否可以判定平抛运动的轨迹是抛物线？ (4)根据你推导得到的平抛运动轨迹方程，结合测量数据，你是否可以求出平抛运动的初速度？ 注意事项： (1)实验中必须使斜槽末端的切线水平(检验是否水平的方法是：将小球放在斜槽末端水平部分，看其是否能静止)。 (2)方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)小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。 (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)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。 误差分析： (1)斜槽末端没有调至水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。 (2)确定小球运动的位置时不准确。 (3)量取轨迹上各点坐标时不准确。 【例2】用图示装置研究平抛运动的规律。将小球从斜槽轨道上释放，小球在空中运动一段时间后被横挡条卡住，用铅笔标注出小球的最高点，多次重复实验，将多个标注点用平滑曲线连接起来，得到平抛运动的轨迹。关于此实验，下列说法正确的是（　C　） A．斜槽轨道必须是光滑的 B．每次从斜槽上释放小球的位置可以不同 C．坐标原点应选小球在斜槽末端点时球的上端 D．坐标原点应选小球在斜槽末端点时球的下端 学生观看视频 学生直观观察两球在两个方向的运动特点 学生分组实验、记录数据 学生思考讨论并回答 学生练习拓展 学生实验观察 学生观察实验过程，讨论共享结论 学生分组实验 学生分组实验记录位置 学生记录数据 学生测量并验证 学生思考讨论并推导 学生识记记录 学生识记记录 学生练习拓展 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．在“探究平抛运动的特点”实验中 (1)用图a装置进行探究，下列说法正确的是______。 A．所用两球的质量必须相等 B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验 C．只能探究平抛运动水平分运动的特点 D．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点 (2)图b中，M、N是两个完全相同的轨道，轨道末端都与水平方向相切，其中，轨道N的末端与光滑水平面相切，轨道M通过支架固定在轨道N的正上方。将小铁球P、Q分别吸在电磁铁 C、D上，然后切断电源，使两球以相同的初速度同时通过轨道M、N的末端，发现两球同时到达E处，发生碰撞。改变轨道M在轨道N上方的高度，再进行实验，结果两球也总是发生碰撞，这说明 。 (3)用图c装置进行实验，下列实验条件必须满足的有______。 A．斜槽轨道P要光滑 B．斜槽轨道P末端要水平 C．每次从斜槽上相同位置无初速度释放钢球 D．图中挡板MN每次必须等间距移动 【答案】(1)B (2)见解析 (3)BC 【详解】（1）A．实验目的是探究平抛运动的特点，与小球的质量无关，可知，所用两球的质量不需要保持相等，故A错误； B．图a中，为了说明A球体在不同初速度做平抛运动竖直方向的分运动相同，需改变小锤击打的力度，多次重复实验，故B正确； C．实验中B始终做自由落体运动，两小球同时落地，可知，只能探究平抛运动竖直分运动的特点，故C错误； D．结合上述可知，该实验装置只能够探究平抛运动竖直分运动的特点，故D错误。 故选B。 （2）轨道N的末端与光滑水平面相切，小球Q在水平轨道上做匀速直线运动，小球P飞出后做平抛运动，发现两球同时到达E处，发生碰撞，这说明平抛运动水平方向分运动做匀速直线运动。 （3）A．为了确保小球飞出斜槽末端速度大小一定，小球每次均从斜槽同一位置静止释放，小球克服斜槽摩擦力做功均相同，斜槽的摩擦对实验没有影响，即斜槽轨道P不需要确保光滑，故A错误； B．为了确保小球飞出斜槽末端速度方向水平，实验中，斜槽轨道P末端要水平，故B正确； C．为了确保小球飞出斜槽末端速度大小一定，实验中，每次均应从斜槽上相同位置无初速度释放钢球，故C正确； D．挡板只是为了描绘出小球在不同位置的点迹，实验中，挡板MN不需要每次等间距移动，故D错误。故选BC。 2．某同学做“探究平抛运动的特点”实验。 (1)如图，用小锤打击弹性金属片后， A、B两球同时开始运动，均落在水平地面上，下列说法中正确的是______。（填正确选项前的字母） A．B球比A球先落地 B．A球比B球先落地 C．A球与B球同时落地 (2)关于该实验，下列说法正确的有______。（填正确选项前的字母） A．本实验探究A球竖直分运动的特点 B．本实验探究A球水平分运动的特点 C．实验现象可以同时说明平抛运动在两个方向上的运动规律 (3)从本实验结果，可得的结论为 。 【答案】(1)C(2)A (3)平抛运动竖直方向做自由落体运动 【详解】（1）平抛运动竖直方向做自由落体运动，则两球同时落地。故选C。 （2）该实验两球同时落地，则可探究A球竖直分运动的特点。故选A。 （3）从本实验结果，可得的结论为平抛运动竖直方向做自由落体运动。 3．某同学做“探究平抛运动的特点”实验时，先研究了平抛运动在水平方向的运动规律，接着研究在竖直方向的运动规律。在同一高度处，将一个小球由静止释放，小球做自由落体运动；同时另一个小球被水平向右弹出，两个小球在空中运动的频闪照片如图所示。从照片上可以看出，两个小球在同一时刻的高度 （选填“相同”或“不相同”）；此实验表明，做平抛运动的小球在竖直方向上的运动规律与自由落体运动规律 （选填“相同”或“不相同”）。 【答案】 相同 相同 【详解】[1]从照片上可以看出，两个小球在同一时刻的高度相同； [2]此实验表明，做平抛运动的小球在竖直方向上的运动规律与自由落体运动规律相同。 4．在“探究平抛运动的规律”实验中，根据频闪照片得到小球的运动轨迹如图所示。、b、c、d为连续拍照记录下的四个位置。已知坐标纸上每个小正方形的边长，取重力加速度大小。 (1)让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下列操作要求正确的是_______________。 A．调节斜槽末端的切线水平 B．每次释放小球的位置可以不同，但小球必须从静止开始运动 C．记录小球位置用的凹槽每次必须严格地等距离下降 D．应使小球运动时与木板上的方格纸接触，以便于得到小球的运动轨迹 (2)为减小阻力对小球运动的影响，应采用_______________。 A．实心小铁球 B．空心小铁球 C．实心小木球 D．实心橡胶球 (3)根据图中小球的轨迹， （填“可以”或“不可以”）确定点是平抛运动的起点，小球做平抛运动的初速度大小为 。 【答案】(1)A (2)A (3) 可以 【详解】（1）A．为了保证小球始终做平抛运动，必须调节斜槽末端的切线水平，A正确； B．用描点法画小球做平抛运动的轨迹，必须保证小球多次运动的抛物线相同，则每次释放小球的位置必须相同，B错误； C．要画出抛物线轨迹，每次记录小球位置用的凹槽的位置不同即可，不必严格地等距离下降，C错误； D．为了得到小球的运动轨迹，只要记录小球落在凹槽上的位置，然后标在方格纸上即可，小球不能与木板上的方格纸接触，会影响运动轨迹，使实验产生较大误差，D错误。 故选A； （2）为减小阻力对小球运动的影响，应采用体积小质量大的球，比较后，A正确。 故选A； （3）[1]由图可知，竖直方向有，满足初速度为零的匀加速直线运动的比例规律，故可以确定点是平抛运动的起点； [2]竖直方向有水平方向有解得。 5．某同学用如图甲所示的装置探究平抛运动的规律。 (1)实验时 确保斜槽轨道末端水平， 确保斜槽轨道表面光滑。（均填“需要”或“不需要”） (2)正确操作后，获得如图乙所示的坐标纸。已知A、B、C为小球做平抛运动经过的三个位置，结合平抛运动规律可判断出O点 （填“是”或“不是”）小球做平抛运动轨迹上的一点。 【答案】(1) 需要 不需要 (2)不是 【详解】（1）[1]为了保证小球抛出时的速度处于水平方向，实验时需要确保斜槽轨道末端水平； [2]为了保证每次小球抛出时的速度相同，需要每次从同一位置静止释放小球，但不需要确保斜槽轨道表面光滑。 （2）平抛运动在竖直方向做自由落体运动，相同时间内相邻两点的位移差之比满足，由图可知 由于 可知O点不是小球做平抛运动轨迹上的一点。平抛运动轨迹应过与O点等高，处于O点左侧一个方格边长的点。 6．某同学在探究平抛运动的特点时，用了如图甲所示的装置进行实验。 (1)以下实验过程的一些做法，哪个是合理的（　　） A．必须选用光滑的斜槽轨道，以保证小球平抛运动初速度的一致性 B．安装斜槽轨道时，必须保证其末端切线保持水平 C．每次小球都应由静止释放，但可以从斜槽上的不同位置释放 D．建立坐标轴时应以斜槽末端的端点作为坐标原点 (2)经正确操作，该同学在白纸上描绘出小球运动的轨迹。在轨迹上选取间距较大的几个点，测出其坐标，并在直角坐标系内描绘出了y−x2图像，如图乙所示。由此计算出小球平抛的初速度v0= m/s。（重力加速度g取10m/s2） 【答案】(1)B (2)0.5 【详解】（1）AC．为了保证小球平抛运动初速度的一致性，需要从斜槽的同一位置静止释放，斜槽的轨道不一定需要光滑，故AC错误； B．安装斜槽轨道时，必须保证其末端切线保持水平，从而使小球能够做平抛运动，故B正确； D．建立直角坐标系时，以小球球心为坐标原点，故D错误。 故选B。 （2）小球做平抛运动，则有， 联立解得 则y−x2图像的斜率为 解得 7．某同学用如图所示的装置探究平抛运动的规律。M、N是两个完全相同的轨道，末端均水平。N的末端与光滑水平面相切，M通过支架固定在N的正上方。 （1）将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，切断电源后，两球以相同的初速度同时通过M、N的末端，发现两球同时到达E点发生碰撞。 （2）降低轨道M的高度，再次进行实验，可以发现两球 。 A．同时到达E点发生碰撞 B．同时到达E点左侧某点发生碰撞 C．同时到达E点右侧某点发生碰撞 （3）多次重复以上操作，结果两球也总是发生碰撞。这说明平抛运动沿 方向的分运动是 运动。 （4）实验中“改变轨道M的高度”多次重复操作的目的是 。 A．获取多组实验数据，使实验结论更具普遍性 B．改变小球平抛的初速度，探究其对实验结果的影响 C．研究小球在不同高度平抛时竖直方向的运动情况 【答案】 B 水平 匀速直线 A 【详解】（2）[1]小球P飞出轨道M后做平抛运动，水平方向做匀速直线运动，小球Q飞出轨道N后做匀速直线运动，两小球飞出轨道的速度相等，可知，两球始终在同一条竖直线上，由于降低轨道M的高度，根据，解得 可知碰撞时P水平分位移减小，即两小球同时到达E点左侧某点发生碰撞。故选B。 （3）[2][3]结合上述可知，多次重复以上操作，结果两球也总是发生碰撞。这说明平抛运动沿水平方向的分运动是匀速直线运动。 （4）[4]实验中“改变轨道M的高度”多次重复操作的目的是获取多组实验数据，使实验结论更具普遍性。 故选A。 8．某同学利用图1所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图2所示（图中未包括小球刚离开轨道的影像）。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为6cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图2中标出。 (1)下列说法正确的是_____（单选）。 A．实验所用斜槽应尽量光滑 B．为了减小实验误差，应选用体积小密度大的小球 C．频闪仪的频率适当低些，画轨迹时轨迹会更准确 D．为了减小实验误差，小球在斜槽上的释放点应尽量低些 (2)小球运动到图2中位置A时，其速度的水平分量大小为 m/s，竖直分量大小为 m/s（计算结果均保留2位有效数字）。 【答案】(1)B (2) 1.2 2.1 【详解】（1）A．本实验通过频闪仪得到同一轨迹上不同时刻的位置，只需要保持小球抛出时的速度处于水平方向，斜槽不需要光滑，故A错误； B．为了减小空气阻力的影响，应选用体积小密度大的小球，故B正确； C．根据，频闪仪的频率适当高些，频闪仪闪光周期小一下，轨迹上记录的位置多一些，则画轨迹时轨迹会更准确，故C错误； D．为了减小实验误差，小球抛出时的初速度不能太小，也不能太大，所以小球在斜槽上的释放点不能太高，也不能太低，故D错误。 故选B。 （2）[1]小球运动到图中位置A时，其速度水平分量大小为 [2]速度竖直分量大小为 9．为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验： (1)实验装置如图甲所示，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下。若某次实验，频闪照相机记录了两小球在不同时刻的位置如图乙所示。 实验时，有以下两个步骤：①用小锤击打弹性金属片；②打开频闪仪。正确的操作顺序是___。 A．先①后② B．先②后① C．①和②同时进行 (2)根据图乙，任意时刻A、B两球竖直高度相同，可判断A球在竖直方向上做 ，为判断A球水平方向的运动特征，应测出 并做对比。 如图丙，某同学在做平抛运动实验中，忘记记下小球抛出点的位置，取点A为坐标原点，建立如图所示坐标系，点A为小球运动一段时间后的位置，g=10m/s2。则： ①小球平抛运动的初速度为 m/s。 ②小球运动到C点的速度为 m/s。（计算结果均保留三位有效数字） 【答案】(1)B (2) 自由落体运动 A球相邻两位置的水平距离 2.00 2.83 【详解】（1）为了避免频闪照片记录区域上方出现大量的空白，同时小球下落的时间比较短暂，故实验时，应先打开频闪仪，再用小锤击打弹性金属片。 故选B。 （2）[1][2]根据任意时刻A、B两球竖直高度相同，可判断A球在竖直方向上做自由落体运动；A球在水平方向上做匀速直线运动，为判断出这一运动特点，要测出A球相邻两位置的水平距离。 ①[3]小球在水平方向上做匀速直线运动，由图可知，两球由A到C和由C到E的水平位移大小相等，所以小球运动的时间间隔相等。在竖直方向上，小球做自由落体运动，则 代入数据，解得 小球平抛运动的初速度为 ②[4]小球运动到C点时，竖直分速度为 则C点的速度为 10．图1是“研究平抛物体运动”的实验装置图。已知当地的重力加速度为。 (1)利用图1装置进行“探究平抛运动竖直分运动的特点”实验，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球自由下落，通过 （选填“眼睛看”或“耳朵听”）方式比较它们落地时刻的先后更加合适。 (2)利用图2装置进行“探究平抛运动水平分运动的特点”实验，需要选择合适的点作为坐标原点建立直角坐标系，图中，原点选择正确的是______； A． B． C． D． (3)图3是实验中描绘的一条轨迹，其中点为平抛运动的起点，根据图中给出的数据可计算出钢球做平抛运动的初速度 。 【答案】(1)耳朵听 (2)D (3)2 【详解】（1）利用图1装置进行“探究平抛运动竖直分运动的特点”实验，用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向抛出，同时B球自由下落，通过耳朵听方式比较它们落地时刻的先后更加合适。利用眼睛看，误差较大。 （2）小球从斜槽末端位置开始做平抛运动，所以平抛运动的初位置为小球在斜槽末端球心的投影点。 故选D。 （3）设小球从O点到b点的时间为，则在竖直方向有 水平方向有联立解得。 板 书 设 计 第3节 实验：探究平抛运动的特点 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，只受重力的作用。 2．平抛运动： ①条件: 初速度沿水平方向；只受重力。 ②性质：匀变速曲线运动 二、实验思路 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： 三、进行实验 方案一：频闪照相 方案二：描迹法 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 课堂设计紧凑，氛围活跃，学生敢说敢做，频闪实验充分调动兴趣，科学探究能力有所显现，目标基本达成。 学生动手实验能力还需要加强进一步的训练和培养。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $