第3节 第2课时 实验：探究平抛运动的特点-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第2课时　实验：探究平抛运动的特点 【素养目标】　1.会计算平抛运动的初速度。　2.掌握描迹法、频闪照相法等探究实验的常用方法。 一、利用描迹法探究平抛运动的特点 1．实验装置和实验过程 (1)按如图所示安装实验装置。把坐标纸和复写纸叠放在一起，压入竖直平板纸夹内，使接球槽上升到合适的高度，使一端有电磁铁的斜槽末端水平。 (2)把钢球吸在固定的电磁铁上，断开电源，释放钢球。钢球沿着导轨凹槽滚下并被水平抛出，落在接球槽上，通过复写纸在坐标纸上留下印迹。 (3)逐次下调接球槽，重复以上操作得到钢球的一系列运动点迹。 (4)以斜槽水平末端端口处小球球心在坐标纸上的投影点为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。 (5)取下坐标纸，用平滑的曲线把这些点迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹。 2．注意事项 (1)实验中必须调整斜槽末端的切线水平，使钢球做平抛运动(调节方法：将钢球放在斜槽末端水平部分，若钢球静止，则斜槽末端水平)。 (2)平板必须处于竖直面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 (3)钢球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放，这样可以使钢球每次平抛运动的轨迹相同。 (4)坐标原点不是槽口的端点，应是钢球出槽口时钢球球心在平板上的投影点。 (5)钢球开始滚下的位置高度要适中，以使钢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。 3．数据处理 (1)研究平抛运动水平分运动的特点 ①根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点，在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y、…的点，即各点之间的时间间隔相等，测量这些点之间的水平位移，若这些水平位移相等，则说明平抛运动水平方向为匀速直线运动。 ②同样的方法，可研究竖直分运动特点。 (2)计算平抛物体的初速度 ①平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点，测出该点离坐标原点的水平位移x及竖直位移y，就可求出初速度v0。 因x＝v0t，y＝gt2，故v0＝x。 ②平抛轨迹残缺(即无抛出点) 在轨迹上任取三点A、B、C(如图所示)，使A、B间及B、C间的水平距离相等，设为x，由平抛运动的规律可知A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，重力加速度为g，则 Δh＝hBC－hAB＝gt2 所以t＝ 所以初速度v0＝＝x。 学生用书第17页 二、利用频闪照相法研究平抛运动 1．实验现象：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片，如图所示。 2．现象分析 ①在竖直方向上，两种运动经过相等的时间，下落相同的高度，即两种运动在竖直方向上的运动是相同的，都是自由落体运动。 ②在水平方向上，平抛运动在相等的时间内运动的距离相等，即平抛运动水平方向上的运动是匀速直线运动。 一　教材原型实验 (2024·梅州市高一期中)某学习小组用图甲和图乙所示的装置“探究平抛运动的特点”。 (1)下列实验操作合理的有________。 A．用图甲装置研究平抛物体的竖直分运动时，应只用眼睛看A、B两球是否同时落地 B．图乙装置中的背板必须处于竖直面内，固定时可用重垂线检查其是否竖直 C．若将小球放在图乙装置的斜槽末端水平部分任一位置均能保持静止，则说明斜槽末端水平 D．用图乙装置多次实验以获得钢球做平抛运动的一条轨迹时，不需要每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球 (2)该小组利用图乙装置，记录了钢球运动中所经过的A、B、C三个位置，如图丙所示。图中每格的边长为L，重力加速度为g。 ①钢球从A运动到B和从B运动到C的时间________(选填“相等”或“不相等”)； ②钢球从A运动到B的时间为________(用L、g表示)； ③钢球做平抛运动的初速度为________(用L、g表示)。 (3)实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点O为坐标原点，测量它们的水平坐标x和竖直坐标y，图中y-x2图像能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是________。 答案：(1)BC　(2)①相等　② 　③　(3)C 解析：(1)用题图甲装置研究平抛物体的竖直分运动时，要用眼睛观察并用耳朵听A、B两球是否同时落地，故A错误；题图乙装置中的背板必须处于竖直面内，这样才能精确确定小球运动中所经过的位置，固定时可用重垂线检查其是否竖直，故B正确；斜槽末端必须水平，检验方法是将小球放在斜槽末端水平部分任一位置，看小球是否静止不动，故C正确；若从不同位置释放钢球，钢球平抛的初速度不同，则轨迹不同，故D错误。选BC。 (2)①由图丙知，A与B、B与C之间的水平距离均为2L，而平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动，则钢球从A到B和从B到C的时间相等。 ②在竖直方向上，钢球做自由落体运动，根据Δy＝gT2，可得钢球从A运动到B的时间为T＝ ＝。 ③钢球做平抛运动的初速度v0＝＝＝。 (3)根据y＝gt2，x＝v0t，可得y＝·x2＝kx2，故平抛小球的y-x2图像是过原点的倾斜直线，故选C。 (2024·肇庆市高一统考期末)如图甲所示，某同学正在观察水平水管向水池放水的情景，突然发现水流中有一小石子从管口随水流一起水平冲出，同时有一水滴从管口自由下落。为研究小石子水平冲出后的运动规律，合理设计实验并将该过程简化为如图乙所示情景：在同一高度将小球A由静止释放的同时将小球B水平拋出。 (1)该同学观察到的现象：小球A、B______(选填“同时”或“不同时”)落地。多次改变图乙中小球A、B初始位置离地高度后，重复上述操作，均有相同的实验现象，根据这些现象大胆猜想：平拋运动在竖直方向上的分运动为______________。 学生用书第18页 (2)为进一步验证猜想，该同学利用频闪照相机得到了小球做平拋运动时的频闪照片如图丙所示，图丙中背景方格的边长均为5 cm。由图丙判断O点________(选填“是”或“不是”)拋出点。由图丙可求得照相机的频闪周期为________ s，小球水平拋出时的速度大小vx＝________ m/s。(g＝10 m/s2) 答案：(1)同时　自由落体运动　(2)是　0.1　1.5 解析：(1)该同学观察到的现象：小球A、B同时落地。根据实验现象可知：小球B在竖直方向的分运动和A的运动相同，所以平拋运动在竖直方向上的分运动为自由落体运动。 (2)由题图丙可知，各相邻点在竖直方向间的距离分别为Δy1＝5 cm，Δy2＝15 cm，Δy3＝25 cm，根据频闪照相可知相邻点迹间的时间间隔相等，相邻点迹间的位移比值为Δy1∶Δy2∶Δy3＝1∶3∶5；满足初速度为零的匀变速直线运动规律，O点是抛出点；根据Δy3－Δy2＝Δy2－Δy1＝gT2，可得T＝0.1 s；由题图丙可知，相邻点迹间的水平距离为Δx＝15 cm，则小球抛出时的初速度为vx＝＝ m/s＝1.5 m/s。 针对练．(2024·佛山市高一统考期末)某小组通过频闪拍照装置探究平抛运动规律，如图甲所示，固定在演示仪正上方A处和右侧正前方B处的频闪仪，每隔一定时间同时发出闪光使底片曝光，通过记录小球在闪光时刻的位置分别获得小球水平、竖直两个方向上的运动信息。得到的频闪照片如图乙，O为抛出点，P为某时刻小球的影像，g取9.80 m/s2。请分析下列问题： (1)下面实验操作正确的是________。 A．实验需要用天平测出小球的质量 B．使用密度大、体积小的小球能减少实验误差 C．必须保证斜槽轨道末端切线水平 D．尽量减小小球与斜槽之间的摩擦力 (2)图乙的频闪照片与实验中实际距离的比例为1∶10，由刻度尺读数可知，(b)中OP的真实距离为__________cm。 (3)同理测得(a)中OP真实距离为60.0 cm，则钢球平抛的初速度大小v0＝________m/s(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)BC　(2)44.0　(3)2.0 解析：(1)该实验不需要用天平测出小球的质量，A错误；使用密度大、体积小的小球可减小空气阻力的影响，能减少实验误差，B正确；必须保证斜槽轨道末端切线水平，以保证小球做平抛运动，C正确；小球与斜槽之间的摩擦力对实验无影响，D错误。故选BC。 (2)由刻度尺读数可知，(b)中OP的真实距离为y＝10×4.40 cm＝44.0 cm。 (3)根据x＝v0t，y＝gt2，解得v0＝x ＝60.0×10-2× m/s≈2.0 m/s。 二　拓展创新实验 (2024·广州市第二中学高一联考期末)小明学完平抛运动知识后，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。取g＝10 m/s2。 (1)下列实验步骤必要的是________。 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时的速度大小为________m/s，弹丸打到C点时的速度大小为________m/s。(结果均保留2位有效数字) 答案：(1)ABC　(2)2.0　2.8 解析：(1)要保证每次弹丸都做平抛运动，则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。故选ABC。 (2)由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＝＝ m/s＝2.0 m/s 弹丸打到C点时的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。 学科网（北京）股份有限公司 $