5.3 实验：探究平抛运动的特点 讲义 -2025-2026学年高一物理寒假自学提升教学案附课时作业

新知预习 重点总结 难点突破 典例巩固 让假期成就自己 第三节 实验:探究平抛运动的特点 学习目标： 1.用实验的方法探究物体做平抛运动的特点。 2.根据平抛运动的轨迹分析物体速度和位移随时间变化的关系。 对点突破： 1、 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。 v v v v 斜向下平抛出 斜向上平抛出 水平抛出 竖直向上抛出 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 二、实验思路（化曲为直） 将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动,分别研究平抛运动在这两个方向的分运动特点,进而研究平抛运动的规律。 你认为在这两个方向上，物体分别做什么样的运动？ 理论猜想： 水平方向：v0 不受力 匀速直线运动 竖直方向： 0 只受重力 自由落体 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、实验器材 数码照相机、平抛运动演示器、斜槽、钢球、方木板、铁架台、坐标纸、复写纸、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、刻度尺。 四、进行实验 方案一:频闪照相法 用数码照相机拍下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便得到了小球的运动轨迹。用数码照相机记录下平抛运动的轨迹,如图所示。由于相邻两帧照片间的时间间隔是相等的,只要测量相邻两照片上小球的水平位移和竖直位移,就很容易判断平抛运动水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。 方案二:实验探究 步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点 实验过程：如图所示,用小锤击打弹性金属片C,C向前推动小钢球A,使其具有水平初速度,使A做平抛运动,同时松开小钢球B,使B从孔中自由落下。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。 现象一:A球的水平抛出,它与B球同时落地。 现象二:A球的水平初速度越大,通过的水平距离越大。 现象三:A球水平初速度的大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动（A、B两球总是同时落地）。 结论：物体在做平抛运动的过程中,在竖直方向的运动为自由落体运动 步骤2:探究平抛运动水平分运动的特点 实验过程：将A、B两球置于同一高度，同时打开开关1和开关2，观察现象 现象一：二者在同一点相遇 现象二：改变释放高度，二者仍相遇 结论：物体在做平抛运动的过程中,在水平方向的运动为匀速直线运动 方案三:描迹法 1.准备实验装置。 (1)将平抛运动演示器置于桌面上,装好平抛轨道,使轨道的抛射端处于水平方向。调节调平螺丝,观察铅垂线,使面板处于竖直平面内。 (2)在白纸上衬垫一张复写纸,紧贴记录面板,用图钉固定在面板上,以斜槽末端为坐标原点,根据铅垂线定下y坐标轴,实验完成后取下白纸再作出x坐标轴。 (3)把接球挡板拉到较上方的位置。 2.钢球在斜槽中从某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动。 3.飞出的钢球落到向面板倾斜的挡板上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹。 4.上下调节挡板,通过多次实验（每次从同一位置由静止释放）,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 5.取下记录纸,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。 直击考点：（1）同一位置由静止释放——目的是获得相同的初速度（或相同的平抛轨迹） （2）斜槽末端切线水平——目的是获得水平初速度 思考1：如何判断平抛运动的轨迹是不是抛物线？ 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） 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 ， v0=x 五、注意事项 1.斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,即将小球放在斜槽末端水平部分,若小球静止,则斜槽末端的切线就水平了。 2.方木板固定:方木板必须处于竖直平面内,要用铅垂线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同一位置由静止开始滚下。 (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。 【例题1】 用如图甲所示的装置研究平抛运动。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,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点。 (1)下列实验条件必须满足的有　（ ）。  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。 ①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　　　　(选填“最上端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时　　　　(选填“需要”或“不需要”)y轴与铅垂线平行。 ②若遗漏记录平抛轨迹的起始点,也可按下述方法处理数据:如图乙所示,在轨迹上取A、B、C三点,AB和BC的水平间距相等且均为x,测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2, 则　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)。 可求得钢球平抛的初速度v0大小为　　　(已知当地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。 解析:(1)本实验中要保证钢球飞出斜槽末端时的速度水平,即钢球做平抛运动,且每次飞出时的速度应相同,所以只要每次将钢球从斜槽上同一位置由静止释放即可,故B、D正确。 (2)①平抛运动的起始点应为钢球静置于Q点时,钢球的球心对应纸上的位置。由于平抛运动在竖直方向做自由落体运动,所以在确定y轴时需要y轴与铅垂线平行。②由初速度为零的匀加速直线运动规律即在相等时间间隔内所通过的位移之比为1∶3∶5∶7∶…可知,由于A点不是抛出点,所以。设钢球通过AB、BC所用的时间为T,竖直方向有y2-y1=gT2,水平方向有x=v0T,联立解得v0=x。 学以致用 一、实验题 1．在“探究平抛运动的特点”实验中，两个实验小组选用不同的仪器进行实验。          (1)第一组采用了图甲所示的装置，实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开。 ①他观察到的现象是：小球A、B同时落地； ②让A、B球恢复初始状态，高度不变，用较大的力敲击弹性金属片，则( ) A．小球A的运动时间变长        B．小球A的运动时间变短 C．小球A、B不同时落地        D．小球A、B仍同时落地 ③上述实验现象( ) A．能说明小球A在水平方向的运动特点 B．说明小球A在水平方向做匀速直线运动 C．能说明小球A与B在竖直方向运动特点相同 D．不能说明小球A在竖直方向做自由落体运动 (2)第二组采用了图乙所示的装置，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下列操作不正确的是( ) A．必须调整斜槽，使其末端水平 B．小球运动时挡板及白纸应保持竖直 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 ②描出小球平抛运动的轨迹如图丙所示，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、，按照自由落体规律，若 ，则OA、AB段时间间隔相等；在误差允许的范围内，若 ，则说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动。 2．某小组利用频闪照相法来“探究平抛运动的规律”，装置如图甲所示，将弹射器固定在水平桌边，将小球压缩弹簧后由静止释放，用频闪照相机记录了小球做平抛运动过程中的三点，于是就取点为坐标原点，建立了如图乙所示的坐标系。 (1)下列实验操作，合理且必要的是___________。 A．应该选用体积小、密度大的小球 B．释放小球前，弹簧的压缩量越大越好 C．实验时应先打开频闪仪，再由静止释放小球 D．水平桌面尽可能光滑 (2)根据图乙中数据判断，小球在点的速度为 ，小球抛出点的坐标为（ cm， cm）（取，计算结果均保留两位有效数字）。 3．某小组在“研究平抛运动特点”的实验中，分别使用了图甲和图乙的实验装置。 (1)如图甲所示，小锤水平打击弹性金属片，A球水平抛出的同时B球自由下落。在不同的高度和打击力度时都发现两小球同时落地，则实验表明（　　） A．平抛运动竖直方向是自由落体运动 B．平抛运动水平方向是匀速直线运动 (2)为测量小球平抛的初速度，实验中除了用到如图乙所示的器材之外，还需要用到（　　） A．天平 B．秒表 C．刻度尺 (3)图丙是图乙实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，图线②所对应的小球在斜槽上释放的位置 （选填“较低”或“较高”）。 (4)如图丁所示，实验小组记录了小球在运动过程中经过A、B、C三个位置，每个正方形小格的边长为5.00cm，g取10m/s2，则该小球做平抛运动的初速度大小v0= m/s，小球的抛出点是否在O′点 ，请说明理由 。 4． (1)为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验：如图甲所示，用小锤打击弹性金属片，B球就水平飞出，同时A球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面；如图乙所示的实验：将两个完全相同的斜滑道固定在同一竖直面内，最下端水平。把两个质量相等的小钢球从斜面的同一高度由静止同时释放，滑道2与光滑水平板连接，则将观察到的现象是球1落到水平木板上击中球2，这两个实验说明（   ） A．甲实验只能说明平抛运动在竖直方向做自由落体运动 B．乙实验只能说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动 C．不能说明上述规律中的任何一条 D．甲、乙二个实验均能同时说明平抛运动在水平、竖直方向上的运动性质 (2)关于“研究物体平抛运动”实验，下列说法正确的是（   ）。 A．小球与斜槽之间有摩擦会增大实验误差 B．安装斜槽时其末端切线应水平 C．小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始释放 D．小球在斜槽上释放的位置离斜槽末端的高度尽可能低一些。 E．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行 (3)如图丙，某同学在做平抛运动实验时得出如图丁所示的小球运动轨迹，a、b、c三点的位置在运动轨迹上已标出。则：（g取，结果均保留三位有效数字） ①小球平抛运动的初速度为 m/s。 ②小球运动到b点的速度为 m/s。 ③抛出点坐标 cm， cm。 参考答案 1．(1) D C (2) D 【详解】（1）[1] 小球B做自由落体运动，小球A做平抛运动，竖直方向的高度相等，根据 解得 用较大的力敲击弹性金属片，小球平抛运动的初速度增大，高度不变，结合上述可知，小球A的运动时间不变，小球A、B仍同时落地。 故选D。 [2] 对自由落体运动和平抛运动,竖直方向高度相同,运动时间相同,能说明小球A与B在竖直方向运动特点相同 故选C。 （2）[1] A．为了确保小球飞出斜槽末端速度水平，实验中必须调整斜槽，使其末端水平，故A正确； B．为了准确描绘小球的运动轨迹，实验中，小球运动时挡板及白纸一定要保持竖直，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，需要每次从斜槽上同一位置由静止释放小球，故C正确； D．实验目的是研究平抛运动的规律，可知，实验中，小球在运动过程中与白纸间有摩擦将影响实验结论，故D错误。 故选D。 [2] O为抛出点，、段时间间隔相等，小球竖直方向做自由落体运动，根据初速度为0的匀加速直线运动，相邻相等时间内的位移大小比例关系有 [3]小球做 平抛运动，水平方向做匀速直线运动，若、段时间间隔相等，则有 2．(1)AC (2) 5.0 -60 -20 【详解】（1）A．为减小空气阻力的影响，应该选用体积小、密度大的小球，故A正确； B．释放小球前，弹簧的压缩量应该适当，使小球以适当的初速度做平抛运动，故B错误； C．实验时应先打开频闪仪，再由静止释放小球，故C正确； D．只要将小球压缩到同一位置静止释放，无论桌面光滑与否，小球平抛的初速度都是相同的，即可达到实验的要求，故D错误。 故选AC。 （2）[1]竖直方向根据逐差法 代入数据可得 水平方向有 解得小球的水平初速度为 小球经过B点时的竖直方向的分速度为 则B的速度大小为 [2][3]小球从抛出点到B点的时间为 则抛出点到A点的时间为 则抛出点到A的水平距离为 故抛出点到A的竖直距离为 故抛出点的坐标为。 3．(1)A (2)C (3)较低 (4) 1.5 不在 从竖直方向看O′、A、B、C间的时间间隔相等，因此水平方向它们距离应相等，抛出点在O′左侧一小格位置 【详解】（1）图甲所示实验中，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，可观察到A、B同时落地，说明A、B两球在竖直方向有相同的运动情况，则实验表明平抛运动竖直方向是自由落体运动。 故选A。 （2）在图乙所示实验中，除了用到图中器材之外，下列器材还需要用到刻度尺，测量小球的坐标，才能求出小球的初速度。不需要天平和秒表。 故选C。 （3）两条平抛的轨迹，取相同的竖直高度，则平抛的时间相同，由可知，图线①的水平位移长，其初速度较大，需要从较高的位置滚下获得较大初速度，则图线②所对应的小球在斜槽上释放的位置较低。 （4）[1]由题图，竖直方向有 解得 水平方向有 解得小球做平抛运动的初速度大小为 [2]小球在B点的竖直分速度大小为 则小球在B点的速度大小为 [3]从竖直方向看O′、A、B、C间的时间间隔相等，因此水平方向它们距离应相等，抛出点在O′左侧一小格位置。 4．(1)AB (2)BCE (3) 2.00 2.50 【详解】（1）甲实验中两球总能同时落地，说明两球在竖直方向的运动完全相同，则该实验只能说明平抛运动在竖直方向做自由落体运动；乙实验中球1落到水平木板上总能击中球2，则只能说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。 故选AB。 （2）A．小球与斜槽之间有摩擦对实验无影响，A错误； B．安装斜槽时其末端切线应水平，从而保证小球做平抛运动，B正确； C．小球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始释放，以保证小球到达底端时速度相同，C正确； D．小球在斜槽上释放的位置离斜槽末端的高度大小要适当，不能过高或过低，D错误； E．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行，以防止小球下落时与木板相碰，E正确。 故选BCE。 （3）①[1]竖直方向 解得 小球平抛运动的初速度为 ②[2]小球运动到b点的竖直速度 则b点的速度为 ③[3][4]从抛出点到b点的时间 抛出点坐标， 学科网（北京）股份有限公司 $