第五章 3 实验：探究平抛运动的特点（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一物理必修第二册教师用书（人教版 浙江）

3　实验：探究平抛运动的特点 [学习目标]　1.知道什么是抛体运动和平抛运动(重点)。2.会用运动分解的方法探究平抛运动的特点(重点)。3.会描绘平抛运动的轨迹，会根据轨迹研究平抛运动的特点(重难点)。4.会用对比法分别探究平抛运动竖直方向和水平方向的分运动特点(重点)。 一、抛体运动和平抛运动 1.抛体运动 (1)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，物体只受重力作用的运动。 (2)条件： ①有一定的初速度； ②只受重力作用。 2.平抛运动 (1)定义：初速度沿水平方向的抛体运动。 (2)特点： ①初速度沿水平方向； ②只受重力作用。 (3)平抛运动的性质：加速度为g的匀变速曲线运动。 (1)抛体运动中都忽略空气阻力，只受重力作用。(　√　) (2)抛体运动的轨迹都是曲线。(　×　) (3)平抛运动的初速度可以不水平。(　×　) (4)抛体运动都是匀变速运动。(　√　) 二、实验：探究平抛运动的特点 1.实验思路 (1)基本思路：根据运动的分解，把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动，分别研究物体在这两个方向的运动特点。 (2)平抛运动的分解：可以尝试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。 2.进行实验 方案1：用频闪照相法探究平抛运动 用频闪照相法可记录平抛运动的轨迹。如图所示，由于相邻两帧照片间的时间间隔相等，只要测出相邻两帧照片中小钢球运动的水平距离及竖直距离，就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动特点。 (1)小球在水平方向做匀速运动，竖直方向做加速运动。 (2)在水平起抛点以球心为坐标原点，建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移。 (3)根据小球第一个T时间内、第二个T时间内、…做平抛运动的水平位移和竖直位移特点判断出小球水平方向做匀速运动，竖直方向做自由落体运动。 方案2：分方向探究平抛运动规律 1.探究平抛运动竖直分运动的特点 (1)实验过程 按如图所示操作实验，用小锤击打弹性金属片，因金属片C受到小锤的击打，向前推动小钢球A，使小钢球A具有水平初速度，做平抛运动，同时松开小钢球B，使B从孔中自由落下，做自由落体运动。 (2)实验分析 仔细观察可以得知，不管小钢球距地面的高度为多大，也不管小锤击打金属片的力度多大(小锤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。 2.探究平抛运动水平分运动的特点 (1)装置和实验 ①如图所示，安装实验装置，使斜槽M末端水平，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。 ②让钢球从斜槽上某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动，使小球的轨迹与背板平行。钢球落到倾斜的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹。 ③上下调节挡板N，进行多次实验，每次使钢球从斜槽上同一(选填“同一”或“不同”)位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 ④以斜槽水平末端端口处小球球心在白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印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹。 ⑥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，各点之间的时间间隔相等，测量这些点之间的水平位移，确定水平分运动的特点。 ⑦结论：平抛运动在相等时间内水平方向位移相等，平抛运动在水平方向上为匀速直线运动。 (2)注意事项 ①实验中必须调整斜槽末端的切线水平，使小球做平抛运动(调节方法：将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平)。 ②背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小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放，这样可以使小球每次的轨迹相同。 ④坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时小球球心在背板上的投影点。 ⑤小球开始滚下的位置高度要适中，以使小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。 例1　(2024·金华市高一期末)用如图所示的实验方案来研究平抛运动的特点。在一块竖直放置的背景板上固定两个弧形轨道A、B，用于释放小铁球，轨道末端切线均水平。从轨道A射出的小铁球做平抛运动，从轨道B射出的小铁球做匀速直线运动。板上还装有三个电磁铁C、D、E，其中电磁铁C、D可分别沿轨道A、B移动。在轨道A出口处有一个碰撞开关S，用以控制电磁铁E的电源通断，电磁铁E可以沿水平杆MN移动，当它吸上小铁球时，该小铁球球心与从轨道A末端端口射出的小铁球球心在同一水平线上。 调节球3的位置多次实验，发现球1和球3总是在空中相碰，则说明球1　　　　；  调节电磁铁C、D到轨道末端等高的不同位置，发现球1和球2总能相碰，则说明球1　　　　。(均填选项前字母)  A.竖直方向做匀速直线运动 B.竖直方向做自由落体运动 C.水平方向做匀加速直线运动 D.水平方向做匀速直线运动 答案　B　D 解析　调节球3的位置多次实验，发现球1和球3总是在空中相碰，则说明两球在竖直方向的运动完全相同，则球1在竖直方向做自由落体运动，故选B； 调节电磁铁C、D到轨道末端等高的不同位置，发现球1和球2总能相碰，则说明两球在水平方向的运动相同，则球1水平方向做匀速直线运动，故选D。 例2　某同学用如图所示的实验装置做“探究平抛运动的特点”的实验。 (1)为了能较准确地描绘小球的运动轨迹，下列说法正确的是　　　　。   A.小球做平抛运动时应与木板摩擦，以便画出运动轨迹 B.本实验不需要用天平测出小球的质量，也不需要配备铅垂线 C.为了保证小球沿水平方向飞出，应将斜槽轨道的末端调成水平 D.以小球在斜槽末端时球心在方格纸上的投影点作为所建坐标系的原点O (2)在此实验中，每次都要让小球从斜槽上的同一位置由静止滚下，但小球与斜槽间有摩擦力，这个摩擦力　　　　(选填“会”或“不会”)使实验的误差增大。  答案　(1)CD　(2)不会 解析　(1)小球做平抛运动时，不应使其与木板摩擦，以免影响运动的轨迹，故A错误； 本实验不需要用天平测出小球的质量，但需要配备铅垂线，以便确定竖直方向，故B错误；为了保证小球沿水平方向飞出，应将斜槽轨道的末端调成水平，故C正确；小球从斜槽上某位置由静止滚下，离开斜槽末端后做平抛运动，应以小球在斜槽末端时球心在方格纸上的投影点作为所建坐标系的原点O，故D正确。(2)只要让小球每次均从斜槽上同一位置由静止滚下，小球到达斜槽末端时速度就相同，可知小球与斜槽间的摩擦力不会增大实验误差。 例3　(2023·北京卷改编)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。 (1)关于实验，下列做法正确的是　　　　　(填选项前的字母)。  A.选择体积小、质量大的小球 B.借助重垂线确定竖直方向 C.先抛出小球，再打开频闪仪 D.水平抛出小球 (2)图甲所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图乙为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做　　　　　运动；根据　　　　　，可判断A球水平方向做匀速直线运动。  (3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出，用频闪照相机拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小球在空中运动的　　　　　个位置(重力加速度g=10 m/s2)。  答案　(1)ABD　(2)自由落体　A球相邻两位置水平距离相等　(3)10 解析　(1)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确； 本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确； 实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。 (2)根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动。 (3)小球从高度为0.8 m的桌面水平抛出，根据运动学公式h=gt2， 解得t=0.4 s 频闪仪每秒频闪25次， 频闪周期T= s=0.04 s 故最多可以得到小球在空中运动的位置个数为 =10。 学科网（北京）股份有限公司 $ DIWUZHANG 第五章 3　实验：探究平抛运动的特点 1 1.知道什么是抛体运动和平抛运动(重点)。 2.会用运动分解的方法探究平抛运动的特点(重点)。 3.会描绘平抛运动的轨迹，会根据轨迹研究平抛运动的特点(重难点)。 4.会用对比法分别探究平抛运动竖直方向和水平方向的分运动特点(重点)。 学习目标 2 一、抛体运动和平抛运动 二、实验：探究平抛运动的特点 内容索引 3 抛体运动和平抛运动 一 4 1.抛体运动 (1)定义：以　　　　　　将物体抛出，在空气阻力　　　　　的情况下，物体只受 　　　作用的运动。 (2)条件： ①有一定的初速度； ②只受重力作用。 一定的速度 可以忽略 重力 2.平抛运动 (1)定义：初速度沿　　　方向的抛体运动。 (2)特点： ①初速度沿 　　　方向； ②只受　　　作用。 (3)平抛运动的性质：加速度为g的匀变速曲线运动。 水平 水平 重力 (1)抛体运动中都忽略空气阻力，只受重力作用。(　　) (2)抛体运动的轨迹都是曲线。(　　) (3)平抛运动的初速度可以不水平。(　　) (4)抛体运动都是匀变速运动。(　　) × √ × √ 返回 易错辨析 实验：探究平抛运动的特点 二 8 1.实验思路 (1)基本思路：根据运动的分解，把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动，分别研究物体在这两个方向的运动特点。 (2)平抛运动的分解：可以尝试将平抛运动分解为 的分运动和__________的分运动。 水平方向 竖直方向 2.进行实验 方案1：用频闪照相法探究平抛运动 用频闪照相法可记录平抛运动的轨迹。如图所示，由于相邻两帧照片间的时间间隔相等，只要测出相邻两帧照片中小钢球运动的水平距离及竖直距离，就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动特点。 (1)小球在水平方向做　　　　　，竖直方向做　　　　　。 (2)在水平起抛点以球心为坐标原点，建立坐标系来研究小球的水平位移和竖直位移。 匀速运动 加速运动 (3)根据小球第一个T时间内、第二个T时间内、…做平抛运动的水平位移和竖直位移特点判断出小球水平方向做匀速运动，竖直方向做自由落体运动。 方案2：分方向探究平抛运动规律 1.探究平抛运动竖直分运动的特点 (1)实验过程 按如图所示操作实验，用小锤击打弹性金属片，因金属片C受到小锤的击打，向前推动小钢球A，使小钢球A具有水平初速度，做平抛运动，同时松开小钢球B，使B从孔中自由落下，做自由落体运动。 (2)实验分析 仔细观察可以得知，不管小钢球距地面的高度为多大，也不管小锤击打金属片的力度多大(小锤击打金属片的力度越大，小钢球A水平抛出的初速度越大)，两小钢球每次都是　　　落地，说明两小钢球在空中运动的时间______，也就说明了做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动是 　　　　　　。 同时 相等 自由落体运动 2.探究平抛运动水平分运动的特点 (1)装置和实验 ①如图所示，安装实验装置，使斜槽M末端 ，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。 ②让钢球从斜槽上某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动，使小球的轨迹与背板平行。钢球落到倾斜的挡板N上，挤压复写纸，在白纸上留下印迹。 ③上下调节挡板N，进行多次实验，每次使钢球从斜槽上 (选填“同一”或“不同”)位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 水平 同一 ④以斜槽水平末端端口处小球球心在白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印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹。 ⑥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，各点之间的时间　　　　　，测量这些点之间的水平位移，确定水平分运动的特点。 ⑦结论：平抛运动在相等时间内水平方向　　　　　，平抛运动在水平方向上为　　　　　　　。 间隔相等 位移相等 匀速直线运动 (2)注意事项 ①实验中必须调整斜槽末端的切线　　　，使小球做平抛运动(调节方法：将小球放在斜槽末端水平部分，若小球　　　，则斜槽末端水平)。 ②背板必须处于　 　面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否 。 ③小球每次必须从斜槽上　　　　　由　　　释放，这样可以使小球每次的轨迹相同。 ④坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时小球　　　在背板上的投影点。 ⑤小球开始滚下的位置高度要适中，以使小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。 水平 静止 竖直 竖直 同一位置 静止 球心 　 (2024·金华市高一期末)用如图所示的实验方案来研究平抛运动的特点。在一块竖直放置的背景板上固定两个弧形轨道A、B，用于释放小铁球，轨道末端切线均水平。从轨道A射出的小铁球做平抛运动，从轨道B射出的小铁球做匀速直线运动。板上还装有三个电磁铁C、D、E，其中电磁 例1 铁C、D可分别沿轨道A、B移动。在轨道A出口处有一个碰撞开关S，用以控制电磁铁E的电源通断，电磁铁E可以沿水平杆MN移动，当它吸上小铁球时，该小铁球球心与从轨道A末端端口射出的小铁球球心在同一水平线上。 调节球3的位置多次实验，发现球1和球3总是在空中相碰，则说明球1　　；  调节电磁铁C、D到轨道末端等高的不同位置，发现球1和球2总能相碰，则说明球1　　。(均填选项前字母)  A.竖直方向做匀速直线运动 B.竖直方向做自由落体运动 C.水平方向做匀加速直线运动 D.水平方向做匀速直线运动 B D 调节球3的位置多次实验，发现球1和球3总是在空中相碰，则说明两球在竖直方向的运动完全相同，则球1在竖直方向做自由落体运动，故选B； 调节电磁铁C、D到轨道末端等高的不同位置， 发现球1和球2总能相碰，则说明两球在水平方向的运动相同，则球1水平方向做匀速直线运动，故选D。 　某同学用如图所示的实验装置做“探究平抛运动的特点”的实验。 (1)为了能较准确地描绘小球的运动轨迹，下列说法正确的是　　。   A.小球做平抛运动时应与木板摩擦，以便画出 　运动轨迹 B.本实验不需要用天平测出小球的质量，也不 　需要配备铅垂线 C.为了保证小球沿水平方向飞出，应将斜槽轨 　道的末端调成水平 D.以小球在斜槽末端时球心在方格纸上的投影点作为所建坐标系的原点O 例2 CD 小球做平抛运动时，不应使其与木板摩擦，以免影响运动的轨迹，故A错误； 本实验不需要用天平测出小球的质量，但需要配备铅垂线，以便确定竖直方向，故B错误； 为了保证小球沿水平方向飞出，应将斜槽轨道 的末端调成水平，故C正确； 小球从斜槽上某位置由静止滚下，离开斜槽末端后做平抛运动，应以小球在斜槽末端时球心在方格纸上的投影点作为所建坐标系的原点O，故D正确。 (2)在此实验中，每次都要让小球从斜槽上的同一位置由静止滚下，但小球与斜槽间有摩擦力，这个摩擦力　　　(选填“会”或“不会”)使实验的误差增大。  只要让小球每次均从斜槽上同一位置由静止滚下，小球到达斜槽末端时速度就相同，可知小球与斜槽间的摩擦力不会增大实验误差。 不会 　(2023·北京卷改编)用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，探究平抛运动的特点。 (1)关于实验，下列做法正确的是　　 　(填选项前的字母)。  A.选择体积小、质量大的小球 B.借助重垂线确定竖直方向 C.先抛出小球，再打开频闪仪 D.水平抛出小球 例3 ABD 用频闪照相记录平抛小球在不同时刻的位置，选择体积小质量大的小球可以减小空气阻力的影响，A正确； 本实验需要借助重垂线确定竖直方向，B正确； 实验过程先打开频闪仪，再水平抛出小球，C错误，D正确。 (2)图甲所示的实验中，A球沿水平方向抛出，同时B球自由落下，借助频闪仪拍摄上述运动过程。图乙为某次实验的频闪照片，在误差允许范围内，根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可判断A球竖直方向做 　　 　 　运动；根据　　　 　　，可判断A球水平方向做匀速直线运动。  自由落体 A球相邻两位置水平距离相等 根据任意时刻A、B两球的竖直高度相同，可以判断出A球竖直方向做自由落体运动；根据A球相邻两位置水平距离相等，可以判断A球水平方向做匀速直线运动。 (3)某同学使小球从高度为0.8 m的桌面水平飞出，用频闪照相机拍摄小球的平抛运动(每秒频闪25次)，最多可以得到小球在空中运动的　　　　　个位置(重力加速度g=10 m/s2)。  答案　10 小球从高度为0.8 m的桌面水平抛出，根据运动学公式h=gt2， 解得t=0.4 s 频闪仪每秒频闪25次， 频闪周期T= s=0.04 s 故最多可以得到小球在空中运动的位置个数为 =10。 $