5.3 实验：探究平抛运动的特点 学案-2025-2026学年高一下学期物理人教版必修第二册

人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 5.3 实验：探究平抛运动的特点 一、平抛运动 1.抛体运动 定义：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 (1)定义：将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，物体只在重力的作用下所做的 运动叫作平抛运动。 (②)条件：①初速度沿水平方向；②只受重力的作用。 (3)性质：平抛运动是曲线运动，所受合力（重力）恒定，故平抛运动为加速度为8 的匀变速曲线运动。 二、实验思路 平抛运动的轨迹是曲线，根据运动的合成与分解，可以把复杂的曲线运动分解为 两个相对简单的直线运动，即设计实验分别研究平抛运动在水平方向和竖直方向的分 运动的特点。 由力的独立作用原理推测出做平抛运动的物体在两个方向上的运动情况： (1)在水平方向上物体不受力的作用，做匀速直线运动： (2)在竖直方向上物体只受竖直向下的重力作用，初速度为零，做自由落体运动。 三、实验方案 方案一频闪照相法 小球做平抛运动的频闪照片 为了研究平抛运动的特点，我们应该想办法把运动物体的位置随时间变化的信息 记录下来。比如，用频闪照相的方法，记录物体在不同时刻的位置。当然也可以用别 的方法记录信息，开展研究。 人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 上图是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小球每隔相等的时间的位置图。以 左边第一个小球的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，将各 球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表格中。 方案二对比实验法 步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点 在如图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平 抛运动；同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，比较 它们落地时间的先后。 分别改变小球距地面的高度和小锤击打力度，多次重复这个实验，记录实验现象。 步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点 在如图乙所示的装置中，斜槽末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端 飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板，钢球飞出后， 落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。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。上下调节挡板，通过多次实验，在 白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，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。 根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，设法确定相等 的时间间隔”。再看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。 人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 考点一实验原理与操作 【例1】三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验： B 甲 丙 (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球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度， 即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明 (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在轨道出口处的水平 初速度o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，使两小球 能以相同的初速度o同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是 。 仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现 象，这说明 (③)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中 每个小方格的边长为L=2.5cm,则由图可求得拍摄时每 s曝光一次，该小球 做平抛运动的初速度大小为 m/s。(结果保留两位有效数字，g取10m/s2) 【例2】(1)在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图 钉之外，下列器材中还需要的是 。(多选) A.游标卡尺 B.秒表 C.坐标纸 D.天平 E.弹簧测力计 F.重垂线 (2)实验时，让小球多次沿同一轨道运动，下列说法正确的是 。(多选) A.调节斜槽轨道，使其末端水平 B.每次由静止释放小球的位置必须相同 人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 C.斜槽必须光滑 D.小球运动时不应与木板上的坐标纸接触 考点二数据处理和误差分析 【例3】图甲是探究平抛物体运动的特点的实验装置图。 0 32.048.0 x/cm 19.6 44.1 y/cm 用 乙 (1)实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平。每次让小球从同一 位置由静止释放，是为了每次平抛 相同。 (2)图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速 度大小为m/s（g=9.8m/s2)。 【例4】某同学采用如图甲所示的实验装置研究平抛运动规律，实验装置放置在水 平桌面上，底板上的标尺可以测得水平位移x。 0 斜槽轨道 小球 甲 (1)若某次实验时，小球抛出点距底板的高度为，水平位移为x,重力加速度为g, 则小球的平抛初速度为一（用h、x、g表示）。 (2)如图乙所示，用一张印有小方格的纸记录轨迹，当地重力加速度g取10m/s2, 小方格的边长L=10.0cm。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d 所示，则小球平抛的初速度大小为 m/s,小球抛出点的坐标为 4 人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 5.3 实验：探究平抛运动的特点答案+解析 【例1】解析：(1)金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，两球同时落地， 改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，知A球竖直方向上的运动规律与B球相同，即平抛 运动的竖直分运动是自由落体运动。 (2)两小球能以相同的初速度o同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到两球将相碰， 知P球水平方向上的运动规律与Q球相同，即做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。 (3)因为小球在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据△y=g严，即L =g,解得：T= /0.025 V10 8=0.05s,又因为2L=I,解得：0=1.0ms。 答案：(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 (2)两球P、Q将相碰平抛运动的水平分运动是匀速直线运动(3)0.051.0 【例2】解析：(1)本实验是通过用铅笔在固定于木板的坐标纸上确定小球做平抛运动过程中所经 过的一系列位置后，用平滑的曲线描绘出小球的运动轨迹，然后建立坐标系，再在轨迹上取合适的点， 利用坐标纸确定其坐标，通过纵坐标计算小球的运动时间，利用横坐标计算其初速度，而纵轴必须沿 竖直方向，这是通过重垂线确定的，故必需的器材是坐标纸与重垂线。 (②)小球做平抛运动，要求小球离开轨道末端时速度沿水平方向，A正确；要保证小球每次沿同 一轨迹运动，就需保证小球每次做平抛运动的初速度相同，也就要求每次释放小球的位置相同，B正 确：轨道是否光滑只是影响小球从同一位置释放时做平抛运动的初速度的大小，而对探究小球做平抛 运动的规律没有影响，C错误；若小球运动时与坐标纸接触就会使小球的运动不再是平抛运动，形成 实验误差，D正确。 答案：(I)CF(2)ABD 【例3】解析：(1)每次让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)竖直方向有y=28 2×19.60×102 可得t =0.2s 9.8 水平方向有x=t 可得平抛运动的初速度为%=士-3200x10 m/s=1.6m/s 0.2 答案：(1)初速度 (2)1.6 人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 【例4)解析：c1)竖直方向有h三号g 水平方向有x=t 联立解得小球的平抛初速度为'。=x 2h (2)由竖直方向相等时间内位移差△y=L=gT 解得T 10×102 =0.1s 10 则小球平抛的初速度。= 2L2×10.0x102 m/s =2m/s T 0.1 由匀变速直线运动规律可知b点竖直方向速度大小V,= 3L3×10.0×102 m/s=1.5m/s 2T 2×0.1 小球平抛到b点的运动时间为t==0.15s g 则b点距离抛出点的竖直方向距离y。= 1.5 1m=11.25cm 2g2×10 则O点的横坐标为x。=4L-',t=40cm-30cm=10cm 纵坐标为y。=3L-y,=3×10.0cm-11.25cm=18.75cm 故抛出点坐标为(10cm,18.75cm)。 答案：（1)x 8 (2)2(10cm,18.75cm) 6人教版必修二第五章《抛体运动》新授课学案 5.3　实验：探究平抛运动的特点 一、平抛运动 1．抛体运动 定义：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 (1)定义：将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，物体只在重力的作用下所做的运动叫作平抛运动。 (2)条件：①初速度沿水平方向；②只受重力的作用。 (3)性质：平抛运动是曲线运动，所受合力(重力)恒定，故平抛运动为加速度为g的匀变速曲线运动。 二、实验思路 平抛运动的轨迹是曲线，根据运动的合成与分解，可以把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动，即设计实验分别研究平抛运动在水平方向和竖直方向的分运动的特点。 由力的独立作用原理推测出做平抛运动的物体在两个方向上的运动情况： (1)在水平方向上物体不受力的作用，做匀速直线运动； (2)在竖直方向上物体只受竖直向下的重力作用，初速度为零，做自由落体运动。 三、实验方案 方案一　频闪照相法 为了研究平抛运动的特点，我们应该想办法把运动物体的位置随时间变化的信息记录下来。比如，用频闪照相的方法，记录物体在不同时刻的位置。当然也可以用别的方法记录信息，开展研究。 上图是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小球每隔相等的时间的位置图。以左边第一个小球的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，将各球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表格中。 方案二　对比实验法 步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点 在如图甲所示的实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，做平抛运动；同时B球被释放，自由下落，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。 分别改变小球距地面的高度和小锤击打力度，多次重复这个实验，记录实验现象。 步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点 在如图乙所示的装置中，斜槽末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。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。上下调节挡板，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，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。 根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，设法确定“相等的时间间隔”。再看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。 考点一　实验原理与操作 【例1】三个同学根据不同的实验条件，进行了探究平抛运动规律的实验： (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球被松开自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明 。 (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在轨道出口处的水平初速度v0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，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到的现象应是______________。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明___________________________。 (3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片，图中每个小方格的边长为L＝2.5 cm，则由图可求得拍摄时每________s曝光一次，该小球做平抛运动的初速度大小为________m/s。(结果保留两位有效数字，g取10 m/s2)　 【例2】(1)在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，下列器材中还需要的是________。（多选） A．游标卡尺 B．秒表 C．坐标纸 D．天平 E．弹簧测力计 F．重垂线 (2)实验时，让小球多次沿同一轨道运动，下列说法正确的是________。（多选） A．调节斜槽轨道，使其末端水平 B．每次由静止释放小球的位置必须相同 C．斜槽必须光滑 D．小球运动时不应与木板上的坐标纸接触 考点二　数据处理和误差分析 【例3】图甲是探究平抛物体运动的特点的实验装置图。 （1）实验前应对实验装置反复调节，直到斜槽末端切线水平。每次让小球从同一位置由静止释放，是为了每次平抛 相同。 （2）图乙是正确实验取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度大小为 m/s（）。 【例4】某同学采用如图甲所示的实验装置研究平抛运动规律，实验装置放置在水平桌面上，底板上的标尺可以测得水平位移x。 （1）若某次实验时，小球抛出点距底板的高度为h，水平位移为x，重力加速度为g，则小球的平抛初速度为 （用h、x、g表示）。 （2）如图乙所示，用一张印有小方格的纸记录轨迹，当地重力加速度g取，小方格的边长。若小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度大小为 m/s，小球抛出点的坐标为 。 5.3　实验：探究平抛运动的特点 答案+解析 【例1】解析：(1)金属片把A球沿水平方向弹出，同时B球被松开自由下落，两球同时落地，改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，知A球竖直方向上的运动规律与B球相同，即平抛运动的竖直分运动是自由落体运动。 (2)两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出。实验可观察到两球将相碰，知P球水平方向上的运动规律与Q球相同，即做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动。 (3)因为小球在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，根据Δy＝gT2，即L＝gT2，解得：T＝＝ s＝0.05 s，又因为2L＝v0T，解得：v0＝1.0 m/s。 答案：(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 (2)两球P、Q将相碰　平抛运动的水平分运动是匀速直线运动　(3)0.05　1.0 【例2】解析：(1)本实验是通过用铅笔在固定于木板的坐标纸上确定小球做平抛运动过程中所经过的一系列位置后，用平滑的曲线描绘出小球的运动轨迹，然后建立坐标系，再在轨迹上取合适的点，利用坐标纸确定其坐标，通过纵坐标计算小球的运动时间，利用横坐标计算其初速度，而纵轴必须沿竖直方向，这是通过重垂线确定的，故必需的器材是坐标纸与重垂线。 (2)小球做平抛运动，要求小球离开轨道末端时速度沿水平方向，A正确；要保证小球每次沿同一轨迹运动，就需保证小球每次做平抛运动的初速度相同，也就要求每次释放小球的位置相同，B正确；轨道是否光滑只是影响小球从同一位置释放时做平抛运动的初速度的大小，而对探究小球做平抛运动的规律没有影响，C错误；若小球运动时与坐标纸接触就会使小球的运动不再是平抛运动，形成实验误差，D正确。 答案：(1)CF　(2)ABD 【例3】解析：（1）每次让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）竖直方向有 可得 水平方向有 可得平抛运动的初速度为 答案：（1）初速度 （2）1.6 【例4】解析：（1）竖直方向有 水平方向有 联立解得小球的平抛初速度为 （2）由竖直方向相等时间内位移差 解得 则小球平抛的初速度 由匀变速直线运动规律可知b点竖直方向速度大小 小球平抛到b点的运动时间为 则b点距离抛出点的竖直方向距离 则O点的横坐标为 纵坐标为 故抛出点坐标为（10cm，18.75cm）。 答案：（1） （2）2 （10cm，18.75cm） ( 1 ) 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