5.3 实验 探究平抛运动的特点-【名师大课堂】2025-2026学年高中物理必修 第二册同步小作业（人教版）

3 实验：探究 A级基础巩固练 知识点一实验原理与操作 1.两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平 抛运动的特点”的实验。 小锤 弹性金属片 地面 7777 甲 乙 (1)甲同学采用如图甲所示的装置，用小锤击打 弹性金属片，金属片把A球沿水平方向弹出，同 时B球被释放，自由下落，观察到两球同时落地； 让A、B球恢复初始状态，用较大的力击打弹性 金属片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观 察到的现象是 。上述现象说明： 平抛运动的竖直分运动是 (2)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的 弧形轨道M、N,分别用于发射小铁球P、Q,其中 N的末端可看作与光滑的水平板相切，两轨道上 端分别装有电磁铁C、D,调节电磁铁C、D的高 度，使AC=BD,从而保证小铁球P、Q在轨道末 端的水平速度相等。现将小铁球P、Q分别吸在 电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以 相同的初速度同时分别从轨道M、N的末端射 出。实验可观察到的现象是 仅仅改变弧形轨道M距水平板的 高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，上述 B级能力提升练 知识点一教材常规实验 1.用如图1所示装置探究平抛运动的特点。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 放置的倾斜挡板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。 乎抛运动的特点 现象说明：平抛运动的水平分运动是 知识点二数据处理与分析 2.图甲是“研究平抛运动的特点”的实验装置图。 0 32.048.0 x/cm 19.6 44.1…- y/cm ≥ 丙 (1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末 端切线 。 实验时每次将小球从同一位 置由静止释放，是为了每次平抛的 (2)图乙是根据正确实验取得的数据描出的运动 轨迹，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的 初速度为 m/s。(重力加速度g取9.8 m/s2) (3)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格 的边长L=5cm,通过实验记录了小球在运动途 中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运 动的初速度为 m/s,B点的竖直分速度为 m/s。(重力加速度g取10m/s2) 硬板 白纸 线 图1 图2 (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。 a.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 轴与重垂线平行。 b.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2所示，在轨迹上取A、B、C三 点，A、B和B、C的水平间距相等且均为x,测得 A、B和B、C的竖直间距分别是y1和y2,则 y1 y2 _专（选填大于“等于”或“小于”）。可 求得钢球平抛的初速度大小为 (已知当 地重力加速度为g,结果用上述字母表示)。 (3)为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提 出了以下三种方案。其中可行的是 A.从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即 可得到平抛运动轨迹 B.用频闪照相的方法在同一底片上记录平抛小 球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可 得到平抛运动轨迹 C.将铅笔垂直于竖直的白纸放置，笔尖紧靠白 纸，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸 上留下笔尖的平抛运动轨迹 知识点二拓展与创新实验 2.频闪照相是研究变速运动常用的实验手段。在 暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每 隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动 的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻 的位置。某物理小组利用图甲所示装置探究平 抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和 右侧正前方B处安装了频闪仪器并进行了拍摄， 得到的频闪照片如图乙，O为抛出点，P为运动 轨迹上某点。则根据平抛运动规律分析下列问 题（重力加速度g取10m/s2): 6 照相机A白 C 照相机B 印 ∞0000 00000000 0 P (a) (b) 乙 (1)乙图中，照相机A所拍摄的频闪照片为 [选填“(a)”或“(b)”]。 (2)测得图乙(a)中O、P间距离为45cm,(b)中 O、P间距离为30cm,则平抛小球的初速度大小 应为 m/s,小球在P点的速度大小应为 m/sa 3.如图是实验老师用手机拍 摄的自制飞镖水平抛出后 的运动合成照片，图中黑色 竖条是固定在背景板上的 刻度尺，为精确研究此照片，老师又用计算机软 件精确绘制了与此照片吻合的曲线，以抛出点为 坐标原点O,水平方向为x轴，竖直方向为y轴， 建立xOy直角坐标系，以间隔T=0.04s选取测 量位置，A、B、C、…、I、J各点对应飞镖位置的坐 标值记录在表格中。 位置 0 A B C D E x/m 0 0.136 0.264 0.384 0.498 0.605 y/m 0 0.007690.0301 0.06650.1160.178 位置 F G H J x/m0.705 0.890 0.974 1.050 y/m0.251 0.336 0.430 0.535 0.648 (1)根据数据表中y坐标的系列数据，判断该飞 镖在竖直方向上的速度变化情况是 加速度变化情况是 (2)根据数据表中x坐标的系列数据，估测数据 表中空白处的坐标值可能是 (3)估算飞镖到达E点时的竖直分速度的大小是 。(结果均保留2位有效数字)60X0)h=0h,水流连度大小的为路一 18 L=180×10-3)km/h=5.4km/h,C正确。 t 1 30 4.AD在垂直于河岸方向上，速度越大，渡河时间 越短，故船头垂直于河岸时，渡河时间最短，为 =4=60 一0帮=5s=12s,故A正确，B错误；由于船在 静水中的速度大于水速，所以小船能够到达正对 岸，设船头与河岸上游的夹角为0，此时在水流方 向上的合速度为零，即vc0s0=v水，过河时间 d 为一0能in0,结合以上两式可解得1=205，故 C错误，D正确。 5.C直杆绕固定轴O无摩擦转动时，直杆端点A 的运动轨迹是圆孤，在图示位置的合速度垂直于 杆向下，如图，结合端，点A随挡板向左运动的同 时，沿挡板向下运动，将A的速度分解，由图可 cos0故选C。 知A=0 0y 9 6.D由题意可知，B沿竖直杆下滑时（合运动），带 动C左端的绳沿绳方向运动的同时绕滑轮C转 动，将与B连接的绳端的实际运动沿绳方向与垂 直于绳方向分解，如图所示： A 由几何关系可得vA=v绳=osin a,由于B以速 度0匀速下滑，角α在增大，故A的速度增大， 则A做加速运动，故A、B错误；对A受力分析， 由牛顿第二定律可得FT一mg sin0=ma,故有 Fr>ng sin0,C错误，D正确。 B级能力提升练 1.AD橡皮参与了两个分运动，一个是沿水平方 向、与铅笔速度相同的匀速直线运动，另一个是 3 沿竖直方向、与铅笔移动速度大小相等的匀速直 线运动，这两个直线运动的分加速度都为零，则 合加速度为零，则合运动是斜向上的匀速直线运 动，合速度的大小和方向均不变，选A、D。 2.B当雨滴垂直落在伞面上时，雨滴相对伞的速 度方向与伞柄平行，此时伞下的人不易被雨淋 到。在水平方向上，雨滴的速度为零，人的速度 为1.2m/s,方向向左，则雨滴相对于人在水平 方向上的速度为1.2m/s,方向向右；在竖直方 向上，雨滴的速度为1.6m/s,人的速度为零，则 雨滴相对于人在竖直方向上的速度为1.6m/s, 方向向下；根据矢量合成法则可知，雨滴相对于 人的速度与竖直方向的夹角0满足关系tan0= 上号子解得0=3，该B 3.D汽艇在垂直河岸方向的速度为1，则汽艇驶 到对岸需要的时间为1=，A错误；由于汽艇 沿垂直于河岸的方向向对岸行驶，合速度不会垂 直于河岸，则汽艇不会在正对岸靠岸，B错误；如 果汽艇运动到河中央时，水流速度突然变大，不 会影响汽艇在垂直河岸方向的速度，则不会影响 汽艇到达对岸的时间，C错误，D正确。 4.AC人拉绳时船向左运动，船的运动有两个效 果，一是滑轮与船间的绳缩短，二是绳绕滑轮顺 时针转动，将船的速度进行分解，如图所示，可得 人拉绳端的速度为v绳=vcos0,故A正确，B错 误；绳对船的拉力等于人拉绳的力，可得绳对船 的拉力大小为F,与水平方向成0角，由牛顿第 二定律可得Fcos0-f=ma,得a=Fcos0-f, C正确，D错误。 绳 3实验：探究平抛运动的特点 A级基础过关练 1.答案(1)两球同时落地自由落体运动 (2)两球相碰匀速直线运动 解析(1)金属片将A球沿水平方向弹出，同时 B球被松开，自由下落，观察到两球同时落地；让 A、B球恢复初始状态，用较大的力击打弹性金属 片，即改变A球被弹出时的速度，实验可观察到 的现象是：两球同时落地。小球B做自由落体运 动，小球A做平抛运动，两球同时落地的现象说 明：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。 (2)将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后 切断电源，使两小铁球能以相同的初速度同时分 别从轨道M、N的未端射出，实验可观察到的现 象是：两球相碰。仅仅改变孤形轨道M距水平 板的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现 象，小球P从M轨道末端抛出后做平抛运动，小 球Q离开N轨道末端后做匀速直线运动，两球 发生碰撞，这说明平抛运动的水平分运动是匀速 直线运动。 2.答案(1)水平初速度相同 (2)1.6 (3)1.52 解析(1)为了保证小球从斜槽末端抛出时的初 速度水平，斜槽末端切线应水平。实验时每次将 小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛的 初速度相同。 (2)分析题图乙，O点为抛出点，取坐标点x= 32.00cm=0.32m,y=19.6cm=0.196m,在竖 1 直方向上有y=2g,水平方向上有x=0t,可 得小球的平抛初速度为0=二=√ g=1.6 m/s。 (3)分析题图丙可知，小球由A到B和由B到C 在水平方向的位移相等，均为x=3L,则运动时 间T相等；在竖直方向，由图示可知△y一2L,由 匀变速直线运动的位移差公式可知△y=gT, 得T三=0.1s结合x=ot,得出初速度6 -华-15m/s。根搭匀变速直线运动中一段 时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可 知在B,点的竖直分速度VBy 3L+5L=2m/s。 2T 3o B级能力提升练 1.答案(1)BD(2)a.球心需要b.大于 g y2-y (3)AB 解析(1)探究平抛运动的特点的实验中，必须 满足的条件是钢球以相同的初速度沿水平方向 抛出，则无论斜槽是否光滑，只要每次从同一位 置无初速度释放钢球，且斜槽轨道末端水平，钢 球抛出的初速度就相同且沿水平方向，A项不符 合题意，B、D项符合题意；实验中挡板高度无须 等间距变化，故C项不符合题意。 (2)a.因为每次压，点痕迹位于正对球心的位置， 故静置于Q点的钢球球心对应的白纸上的位置 为原点。坐标系以水平方向为x轴，竖直方向为 y轴，故需要y轴与重垂线平行。 b.若在A点竖直方向上的分速度为零，则满足 子，当在A点竖直方向上的分连度大于零 y2 时则满足是>言：旅据为-=8心得 2亚，而助=，得w=2一 g g (3)水由细管管口水平喷出后，可以看成水做平 抛运动，故拍摄照片可得到平抛运动轨迹，A项 符合题意；平抛小球的频闪照片上取圆心点作为 记录点，与实验中的痕迹点一致，故B项符合题 意；铅笔做平抛运动时，因为没有水平压力作用， 笔尖不会在白纸上留下平抛运动轨迹，故C项不 符合题意。 2.答案(1)(b)(2)1√10 解析(1)小球做平抛运动时，水平方向是匀速 直线运动，竖直方向是自由落体运动，故照相机 A所拍摄的频闪照片为(b),照相机B所拍摄的 频闪照片为(a)。 (2)竖直方向上y= 1 282,得t=、2义一 (2×0.45) s=0.30s 10 x_0.30 水平方向上0=1=0.3 m/s=1 m/s 小球在P点时竖直方向的分速度 vy=gt=10X0.30 m/s=3 m/s 则vp=√2+v,2=√/10m/s。 3.答案(1)逐渐增大逐渐减小(2)0.80 (3)1.7m/s 解析(1)根据表中数据可以看出，相等时间内 飞镖沿竖直方向的位移越来越大，可知飞镖在竖 直方向上的速度逐渐增大，即做加速运动；根据 匀变速直线运动规律△y=at,结合题中数据可 以判断，加速度逐渐减小。 (2)根据表中数据可知，相同时间内飞镖的水平 分位移减小，说明水平方向有阻力作用，根据△ =at2=定值，计算可知△x=一0.007m,所以xG =(0.705-0.605-0.007)m+0.705m≈ 0.80m。 (3)飞镖到达E点时的竖直分速度的大小是) _0.2510.116m/s≈1.7m/s。 2×0.04 4抛体运动的规律 A级基础过关练 1.B小球被水平抛出，只受到重力作用，做平抛运 动；水平方向的速度不变，竖直方向的加速度恒 定，根据a-智可知连度变化量方向和加速度 方向相同，竖直向下，故选B。 2.B两支玩具枪在同一位置先后沿水平方向各射 出一颗子弹，两子弹均做平抛运动，平抛运动属 于匀变速曲线运动，A错误。物体做平抛运动 时，在竖直方向有h=方肚，可知下落高废决定 运动时间，由图可知h甲<h乙，所以甲、乙两枪射 出的子弹运动时间1甲<乙；水平位移相同，根据 x=ut可知甲、乙两枪射出的子弹的初速度v甲 >v乙，故B正确，C、D错误。 3.答案(1)5 281(2)9。 解析(1)小球抛出后做平抛运动，设平抛初速 度为o,则在A点的竖直分速度为vAy= votan 30 在B,点的竖直分速度为vBy=votan60° 且有VBw=UAy十gt 可得= 281。 (2)小球从O点到B点，在竖直方向做自由落体 运动，则有vB2=2gh 可得A=号8 4.A滑雪运动员从斜坡的起点A运动到B点过 程，根据平抛运动规律，在水平方向有xABc0s0 =uo,在竖直方向有AB sin0=2gt2,解得t= 1s,选A。 5.AC小球从平台到光滑斜面顶端过 程做平抛运动，依题意有=g,解 , 77777Ax 得小球到达斜面顶端所需的时间t=0.4s;小球 到达斜面顶端时，速度方向与斜面平行，将速度 正交分解，如图所示，竖直分速度y一gt=4 m/s,有tan53°-，则小球水平抛出的初速度 Uo v0=3m/s。故选A,C。 6.A三个高尔夫球运动路径的最高点在同一水 平面上，三个高尔夫球击出时的初速度的竖直分 量相同，故三个高尔夫球在空中运动的时间相 同；甲击出的高尔夫球的水平位移最大，故甲击 出的高尔夫球的初速度的水平分量最大，据运动 的对称性和速度的合成可知甲击出的高尔夫球 落地速率最大，故A正确，B、C、D错误。 7.AD铅球向上运动的时间为1=sin30 0.2s,铅球抛出点到最高点的高度为h= osin30° 2 t1=0.2m,最高点到地面的距离为H =1.8m,则铅球从最高点到地面的时间为t2= 2亚=0.6s,铅球在空中运动时间为1=1十2 =0.8s,且上升的时间小于下落的时间，选项A 正确，B错误；铅球到达最高点时速度为V水平一 voc0s30°=2√3m/s,选项C错误；铅球落地瞬 间竖直方向的速度为v,=g2=6m/s,速度方向 与地面的夹角0的正切值为tan0=, )水平 6m/s=5,则0=60°，选项D正确。 2√3m/s 0