5.3 实验：探究平抛运动的特点-【重难点手册】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版）

第五章抛体运动 第3节 实验：探究平抛运动的特点 重点和难点 课标要求 1.知道抛体运动和平抛运动，知道用运动分解的方法研 究平抛运动， 重点：1.平抛运动的特点和规律」 2.知道平抛运动的条件及相应的控制方法，会用获得位 2.了解平抛运动及其轨迹 置的方法确定多个点，并会描绘平抛运动的轨迹， 难点：1.平抛运动的规律 3.会根据平抛运动的轨迹研究平抛运动水平和竖直分运 2.理解实验方案及数据处理. 动的特点 4.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 IIIIIIIIIL 必备知识梳理 1MMMINIMM101111111110111110111111111011101111111111111111111101101110111111 基础梳理 知识点(1 平抛运动 1.抛体运动 (1)概念：以一定的速度将物体抛出，如果物体只受重力的作 用，这时的运动叫作抛体运动， 划重点 (2)特点：①初速度不为0；②只受重力作用.划重点 抛体的运动性质 2.平抛运动 做抛体运动的物体只受重 (1)定义：以一定的初速度将物体抛出，忽略空气阻力，物体只 力作用，加速度始终为重力加速 受重力的作用，物体所做的运动叫作抛体运动.如果初速度是沿水 度，所以抛体运动一定是匀变速 运动.当初速度与重力在同一直 平方向的，则这个运动叫作平抛运动 线上时，为匀变速直线运动，如 。理想化模型 (2)性质：做平抛运动的物体只受重力作用，且力的方向与初 竖直上抛运动和竖直下抛运动； 当初速度与重力不在同一直线 速度的方向垂直，因此平抛运动是加速度恒定（恒为g)的匀变速 上时，为匀变速曲线运动，如平 曲线运动， 抛运动和斜抛运动， (3)条件：物体具有水平方向的初速度且运动过程中只受重力 的作用。 知识点(2平抛运动物体在水平和竖直方向的运动特点 1.探究做平抛运动的物体在竖直方向上的运动规律◆划重点 划重点 (1)实验 对比实验法 研究平抛运动的实验装置 按如图所示操作实验，用小锤击打弹性金属片，因金属片C 如图所示 受到小锤的击打，C向前推动，小钢球A具有水平初速度，做平抛 15 用重难点手册高中物理必修第二册RJ 运动，同时松开小钢球B,使B从孔中自由落下，做自 电 由落体运动. 铁 铁C (2)分析 关S 通过仔细观察可以得知，不管小钢球距地面的高 轨道B 度为多大，也不管小锤击打金属片的力度多大（小锤 电磁 击打金属片的力度越大，小钢球A水平抛出的初速度越大)，两小 铁D 1.研究水平方向上的分运 钢球每次都是同时落地，说明两小钢球在空中运动的时间相等，也 实验时可以用耳杀“听”来判断落地时刻的先后， 动的性质 只听到一个撞击声音，表明两个小球同时落地 (1)把两个小铁球分别吸在 就说明了做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动是自由落体运动. 电磁铁C、D上，切断电源，使两 (3)结论 个小铁球以相同的初速度分别 做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动， 从轨道A、B同时射出. 2.探究做平抛运动的物体在水平方向上的运动规律 (2)同步改变电磁铁C、D (1)实验 与轨道出口水平线之间的高度， 在如图所示的装置中，两个相同的弧 多次重复以上步骤， M 我们看到两个小铁球每次 形轨道M、N上端分别装有电磁铁C、D; 都相碰，因此可以得出“两个小铁 调节C、D的高度，使AC=BD.将小铁球 球在水平方向的运动是相同的” 同一高度 的结论，即平抛运动在水平方向 P、Q分别吸在C、D上，然后切断电源，使 上的分运动是匀速直线运动 两球以相同的初速度。分别同时从M、N的下端水平射出，其中 2.研究竖直方向上的分运 与轨道N相切的水平面光滑， 动的性质 实验结果是两铁球同时到达E处，只增大或者减小轨道M (1)把两个小铁球分别吸在 的高度再进行实验，结果两铁球总是发生碰撞 电磁铁C、E上，切断电磁铁C 的电源，使一个小铁球从轨道A (2)分析 射出，并在射出时碰撞开关S, 只改变轨道M的高度，相当于只改变P球做平抛运动的竖 使电磁铁E断电并释放它吸着 直高度，发现P、Q两球总是相遇，即P球在水平方向上的运动不 的小铁球 因P球在竖直方向上运动时间的长短而改变，总是和在水平面上 (2)让电磁铁E从N向M 做匀速直线运动的Q球有完全相同的运动情况： 移动，调整它的位置，多次重复 (3)结论 以上步骤 我们看到两个小铁球每次都 做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动，平抛运动 相碰，因此可以得出“两个小铁球 的各分运动具有独立性 在竖直方向的运动是相同的”的 重难拓展 结论，即平抛运动在竖直方向上 的分运动是自由落体运动. 重难点（①对平抛运动轨迹的描绘◆题黑 1.利用频闪照相或录制视频的方法获取平抛运动的轨迹 敲黑板⊙ 若能拍摄到物体做平抛运动的几张照片，如图所示，就能描绘 描迹法描绘平抛运动轨迹 出平抛运动的轨迹，用数码相机的摄像功能或用数码摄像机都能 的实验是一个比较经典的实验 16 ,第五章抛体运动通 实现，有条件的学校也可用频闪照相的方法来实 方案.实验中要注意以下几点： 现.频闪照相是指每隔一定时间对同一物体进行 1.实验中必须保证斜槽的 一次照相，并将其位置呈现在同一张底片上的技 末端切线水平，而且木板必须处 在竖直平面内，检验斜槽末端是 术，它可以精确描述物体的运动情况， 否水平的方法是将小球放在斜 2.描迹法描绘平抛运动的轨迹 槽末端水平部分，将其向两边各 (1)实验设计 轻轻拔动一次，看其是否有明显 利用实验室的斜槽等器材装配如图所示的 的运动倾向.若小球在末端直轨 装置.钢球从斜槽上滚下，通过水平槽飞出后做 上任意位置都能静止，则斜槽末 平抛运动，每次都使钢球从斜槽上同一位置由 端是水平的 2.即使斜槽不光滑，只要小 静止释放，钢球每次在空中做平抛运动的轨迹 球每次从同一位置开始运动，下 就相同.设法用铅笔描出小球经过的位置，通过多次实验，在竖直 滑经历的运动过程是一样的，则 白纸上记录钢球所经过的多个位置，用平滑的曲线将各点连起来， 小球每次离开斜槽末端时的速 从而得到钢球做平抛运动的轨迹.这样我们就可以利用运动轨迹 度一样.故要保证小球必须每次 研究平抛运动的性质，确定平抛运动中的各个物理量 从斜槽上同一位置由静止开始 (2)实验器材 释放。 末端水平的斜槽、木板、坐标纸、图钉、小球、刻度尺、重垂线、 3.平抛运动的起，点并不是 槽口的端，点，而是小球在槽口时 铅笔等 球心在木板上的水平投影点，所 (3)实验步骤 以在白纸上画出的轨迹中坐标 ①把斜槽放在桌面上，让它的末端伸出桌面外，调节斜槽末 系的原点不一定是平抛运动的 端，使其切线方向水平后，把斜槽固定在桌面上。 起点 ②用图钉把白纸钉在木板上，把木板沿竖直方向固定在支架 4.应在斜槽上适当的位置 上，使小球在斜槽末端水平抛出后的轨道平面与纸面平行 释放小球，使它以适当的水平速 度抛出，其轨迹由木板的左上角 ③以斜槽末端作为平抛运动的起点O,在白纸上标出O的位 到达右下角，这样可以使实验误 置，过O点用重垂线画出竖直线，定为y轴 差较小。 ④让小球每次都从斜槽上同一适当位置由静止滚下，移动笔 5.须在斜槽末端用重垂线 保证小球自斜糟末端抛出的速度都相同 检查白纸上所画y轴是否竖直， 尖在白纸上的位置，当小球恰好与笔尖正碰时，在白纸上依次记下 这些点的位置 ⑤把白纸从木板上取下来，用三角板过O点作竖直线y轴的 垂线，定为x轴，再将上面依次记下的一个个点连成光滑曲线，这 就是平抛小球的运动轨迹： 例①(2025·湖北孝感高级中学高一阶段练习)用如图所示 装置研究平抛运动，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点水平飞出，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.移动挡板，重新释放钢球，如 用重难点手册高中物理必修第二册RJ 此重复，白纸上将留下一系列痕迹点. 硬板 白纸 (1)下列实验条件必须满足的有ペ 重 A.斜槽轨道光滑 B.斜槽轨道末端水平 C.挡板高度等间距变化 D.每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球 (2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的 坐标系.取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢 球的 (填“最上端”、“最下端”或“球心”)对应白纸上的位 置即为原点， 解析(1)通过步骤理解实验原理和方法，控制实验条件，确保平抛的初 速度大小一定、方向水平，只要无初速度、等高点释放，由动能定理可知，钢 球到达斜槽末端速度大小一定，和斜槽是否光滑无关；为了描出运动轨迹， 和挡板是否竖直等间距移动无关，故选BD. (2)为了凸显研究质点的运动，应该体现球心，所以选球心为原点 答案(1)BD(2)球心 敲黑板⊙ 重难点2实验数据处理 实验误差分析 在利用实验室的斜槽等器 方法一如图甲所示，若平抛的抛出点是原点O,可在轨迹上 材做探究平抛运动特，点的实验 任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y,就可求出 时，为了减小实验误差，必须注 初速度vo· 意如下几点： (1)实验中必须调整斜槽末 因x=0t,y=2gt,故o=x 端的切线水平 (2)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)小球每次必须从斜槽上 同一位置滚下（可在斜槽上某一 位置固定一个挡板) 甲 乙 (4)坐标原点不是槽口的端 方法二若不知道抛出点是否为原点O,可在轨迹上取A、 点，应是小球出槽口时球心在木 B、C三点，如图乙所示，在轨迹上任取三点A、B、C,使A、B间及 板上的投影点 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 (5)小球开始滚下的位置高 间所用时间相等，设为t,则△h=hc一hAB=gt2,所以t= 度要适中，以使小球做平抛运动 的轨迹从坐标纸的左上角一直 e一页，所以初速度w-=文、h一hA ，，敲黑板。 到达右下角为宜。 g 18 第五章抛体运动 例②一个同学在“研究平抛运动”的实验中，只画出了如图所 示的一部分曲线，于是他在曲线上取水平间隔△x相等的三点A、 B、C,量得△x=0.2m,又量出它们之间的竖直距离分别为h1= 0.1m,h2=0.2m,g取10m/s2.利用这些数据，回答下列问题： 记方法回 平抛运动的实验数据分析方法 根据平抛运动的两个分运 动的规律及运动的等时性处理 实验数据 -△x→—△x (1)计算平抛运动的初速度 (1)物体从A到B所用的时间T= 的方法：已知抛出点时，根据x (2)物体抛出时的初速度为 m/s. 1 =t和y=2,即可求得0 (3)物体经过B点时的速度为 m/s. 8 (4)物体抛出点到A点的水平距离为 m. =工√未知抛出点时，一般 解析(1)竖直方向做初速度为0的匀加速直线运动，由匀变速直线运 根据△y=gT2和x=uT求解. 动规律推论有h2一h1=gT2, (2)计算抛出，点的位置时， /h2-h=/0.2-0.1 抓住平抛运动的特点，即做平抛 可得T= s=0.1s. g 10 运动的物体在水平方向上做匀 ②水平方向微句连直线运动，则有w学-8导m/s=2m/。 速直线运动，在竖直方向上做自 由落体运动，利用运动学相关规 (3)由匀变速直线运动规律推论可得，B,点的竖直速度为V h,+h2 律即可求解 2T 0.1+0.2 2×0.1 m/s=1.5m/s. B点的速度为vB=√0，十=√1.52+22m/s=2.5m/s. ④从抛出点至B点所窝时间为1ag-指。=015s, 从抛出点至A点所需时间为tA=tB-T=0.15s-0.1s=0.05s, 物体抛出，点到A,点的水平距离为xA=votA=2X0.05m=0.1m. 答案(1)0.1(2)2(3)2.5(4)0.1◆记方法@ 目iII 关键能力提升 IIMHBIMMIMIMMAMMIMMANMMm 题型①平抛运动的特点 方向必定做匀加速直线运动.小刚同学的猜想 例①[教材P13T4们小刚同学通过实验，得 是否成立？作图并给出你的分析过程. 到了某物体在Oxy平面上运动的一条运动轨 迹，如图平面直角坐标系中的OP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 19 重难点手册高中物理必修第二册RJ 解析如图所示，在轨迹上取三个点A、B、C,使 为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为 O、A、B、C四个，点中每相邻的两点在y轴方向上的 m/s(g取9.8m/s2). 距离yOA二yAB=yC,测量O、A、B、C四个点中每相 O 32.048.0 邻的两点在x轴方向上的距离xOA、xAB、xC,发现在 x/cm 19.6 误差允许的范围内，满足相邻两，点之间的水平距离之 差为恒量，即xAB一xOM=xC一xB,所以物体在x轴方 44.1 向的运动是匀加速直线运动，故小刚同学的猜想成立. ycm 甲 10 y B 深挖教材 此题深度结合了数学中函数图像与物理中匀 变速运动实验中“逐差法”的思想，深入考查了我们 丙 对于运动的独立性的理解.只要我们能够结合题意 (3)在另一次实验中将白纸换成方格纸， 对于xy两个方向做出正确的处理，即等距离分割 每小格的边长L=5cm,通过实验记录了小球 和逐差，最后就可以得到结论，从而证明猜想。 在运动途中的三个位置，如图丙所示，则该小球 变式①一架飞机在高空中由东向西沿水： 做平抛运动的初速度为 m/s,B点的 平方向做匀速飞行，飞机每隔相同时间空投一 竖直分速度为 m/s(g取10m/s2). 个物体，共连续空投了6个物体（不计空气阻 解析(1)为了保证小球的初速度水平，斜槽末端 力).下图是从地面某时刻观察到的6个空投 切线应水平，每次让小球从同一位置由静止释放，是 物体的位置，其中正确的是(). 为了每次平抛的初速度相同。 (2)分析图乙，O点为抛出，点，取坐标，点：x=32.0cm =0.32m,y=19.6cm=0.196m,在竖直方向上y 西 西 A 28t,水平方向上x=Ut,代入数据解得小球平抛初 速度0=1.6m/s. (3)分析图丙，L=5cm=0.05m,由图可知，小 球由A到B和由B到C在水平方向位移相等，均为 3L,则运动时间T相等，在竖直方向，由图示可知 题型2探究平抛运动的特点 △y=2L,由匀变速直线运动的推论△y=gT2,可得 例2☑(2025·河南驻马店一中高一期中) T一 △y 0.1s初速度头=1.5m/5,根据匀 图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图. g 变速直线运动中一段时间内的平均速度等于中间时刻 (1)实验前应对实验装置反复调节，直到 斜槽末端切线 每次让小球从同一位 的醉时速度可知，在B点竖直分速度一3L,十5L 2T 置由静止释放，是为了每次平抛 2m/s. (2)图乙是正确实验取得的数据，其中O 答案(1)水平；初速度相同(2)1.6(3)1.5；2 20 第五章抛体运动通 变式2在“研究平抛运动”实验中，以小 A.实验所用斜槽应尽量光滑 钢球离开轨道末端时球心位置为坐标原点O, B.画轨迹时应把所有描出的点用平滑的 建立水平与竖直坐标轴.让小球从斜槽上离水 曲线连接起来 平桌面高为h处静止释放，使其水平抛出，通 C,求平抛运动初速度时应读取轨迹上离 过多次描点可绘出小球做平抛运动时球心的 原点较远的点的数据 轨迹，如图所示.在轨迹上取一点A,读取其坐 (2)根据题目所给信息，小球做平抛运动 标(xo,yo) 的初速度大小。= A.√2gh B.√2gyo C.oZh D.xo2yo (3)在本实验中要求小球多次从斜槽上同 (1)下列说法正确的是 位置由静止释放的理由是 EB11111100111101 核心素养聚焦 考向①考查平抛运动实验数据的处理 (3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初 例①(2024·河北卷)图甲为探究平抛运 速度大小为 m/s(当地重力加速度g 动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平， 为9.8m/s2,保留2位有效数字). 10121416 固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽 c/cm 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 图乙所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方 向，坐标原点对应平抛起点 复写纸坐标纸 Q 20 y/cm 乙 解析(1)为保证钢球每次平抛运动的初速度相 (1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽 同，必须让钢球在斜槽上同一位置静止释放，故高度 上的高度 (填“相同”或“不同”). 相同. (2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的 (2)描，点连线用平滑曲线连接，钢球做平拋运动 轨迹. 的轨迹如图丙所示， 21 重难点手册高中物理必修第二册RJ, B.上下调节挡板N时必须每次等间距移动 x/cm C.小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下 (3)用图3装置进行实验，竖直挡板上附 有复写纸和白纸，可以记下钢球撞击挡板时的 点迹.实验时竖直挡板初始位置紧靠斜槽末 端，钢球从斜槽上P点静止滚下，撞击挡板留 下点迹0，将挡板依次水平向右移动x,重复实 验，挡板上留下点迹1、2、3、4.以点迹0为坐标 原点，竖直向下建立坐标轴y,各点迹坐标值分 别为y1y2y3y4.测得钢球直径为d,则钢球 20 y/cm 平抛初速度vo为 丙 A.(x+ d g (3)因为抛出，点在坐标原点，为方便计算，在图线上 找到较远的，点，在图线上找到坐标为(14cm,18.8cm)的 1 点为研究位置，根据平抛运动规律x=v,y=28t， 解得v=0.71m/s. .(3- 答案(1)相同(2)见解析图丙 (3)0.71 2N2y4 考查内容 核心素养 试题难度 D(x- 2N2y4 平抛运动实验 科学探究 ★★☆☆☆ 解析(1)用图1装置可以探究平抛运动竖直方 例②(2023·浙江6月卷)在“探究平抛运 向做自由落体运动的特，点，需要改变小锤击打的力 动的特点”实验中： 度，多次重复实验，B正确，A、C错误.(2)用图2装置 进行实验，斜槽轨道M没必要光滑，但末端必须水 平，A错误；上下调节挡板N时，不需要等间距移动， B错误；小钢球必须从斜槽M上同一位置静止滚下， C正确.(3)用图3装置进行实验，根据平抛运动规律 图 图2 图3 (1)用图1装置进行探究，下列说法正确 有x一 2 =04,少1=2g,联立解得0= 的是 z A.只能探究平抛运动水平分运动的特点 号)2品AB钻误根据平超运动规律有红一 B.需改变小锤击打的力度，多次重复实验 d 2 =0t4y4= ，联立解得=(一号)/品 C,能同时探究平抛运动水平、竖直分运动 C错误，D正确. 的特点 答案(1)B(2)C(3)D (2)用图2装置进行实验，下列说法正确 的是 考查内容 核心素养 试题难度 A.斜槽轨道M必须光滑且其末端水平 平抛运动实验 科学探究 ★★☆☆☆ 22