第4章曲线运动第3节 实验 探究平抛运动的特点——2027届高三物理一轮复习课件

该高中物理高考复习课件聚焦“探究平抛运动的特点”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验原理、数据处理、误差分析等核心考查内容，明确轨迹判断、初速度计算为高频考点，归纳原型实验装置调整、创新方案设计等常考题型，体现高考备考的系统性和针对性。 课件亮点在于“原型夯实+创新拓展+素养提升”的复习策略，通过教材实验巩固科学探究能力，结合单摆烧断悬线、智能手机传感器等创新案例培养模型建构与科学推理素养，如利用竖直位移差公式推导初速度的“逐差法”解析，帮助学生掌握实验题解题技巧，教师可据此精准突破考点，助力学生高效冲刺高考。

第4章 曲线运动 第3节 实验：探究平抛运动的特点 1 考点一 教材原型实验 考点二 探索创新实验 2 实验技能储备 1.实验思路 用描迹法逐点画出小钢球做平抛运动的轨迹，判断轨迹是否为抛物线，并求出小钢球 的初速度。 2.实验器材 末端水平的斜槽、背板、挡板、复写纸、白纸、钢球、________、铅垂线、三角板、 铅笔等。 刻度尺 3 3.实验过程 （1）安装、调整背板：将白纸放在复写纸下面，然后固定在装置背板上，并用铅垂线 检查背板是否______。 竖直 （2）安装、调整斜槽：将斜槽放在实验桌上，用平衡法检查斜槽末 端是否______，也就是将小球放在斜槽末端直轨道上，小球若能 ___________________________，则表明斜槽末端已调水平，如图。 水平 静止在直轨道上的任意位置 4 （3）描绘运动轨迹：让小球在斜槽的某一固定位置由静止滚下，并从斜槽末端飞出开 始做平抛运动，小球落到倾斜的挡板上，会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。取下白 纸用平滑的曲线把这些印迹连接起来，就得到小球做平抛运动的轨迹。 （4）确定坐标原点及坐标轴：选定__________________________________的点为坐标 原点，从坐标原点画出竖直向下的轴和水平向右的 轴。 斜槽末端处小球球心在白纸上的投影 5 4.数据处理 （1）判断平抛运动的轨迹是不是抛物线 如图所示，在轴上作出等距离的几个点、、、 ，把线段 的长度记为，则，，由、、 、…向下 作垂线，与轨迹交点分别记为、、、 ，若轨迹是一条抛物 线，则各点的坐标和坐标之间应该满足关系式 是待定常量 ，用刻 度尺测量某点的、两个坐标值代入求出，再测量其他几个点的、 坐标值，代入 ，若在误差范围内都满足这个关系式，则这条曲线是一条 抛物线。 6 （2）计算平抛物体的初速度 情景1：若原点为抛出点，利用公式和 ，即可求出多个初速度 ，最后求出初速度的平均值，这就是做平抛运动的物体的初速度。 情景2：若原点 不是抛出点， ①在轨迹曲线上取三点、、，使，如图所示。 到 与到的时间相等，设为 。 ②用刻度尺分别测出、、，则有， 。 ③，且，由以上两式得 。 7 5.注意事项 （1）固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，以保证小球的初速度______，否则小 球的运动就不是平抛运动了。 （2）小球每次从槽中的同一位置由静止释放，这样可以确保每次小球抛出时的 __________。 （3）坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的 ______在背板上的水平投影点。 水平 速度相等 球心 8 考点一 教材原型实验 9 【视角1】　实验原理分析 例1 用如图所示装置研究平抛运动。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。 10 （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 BD [解析]因为本实验是研究平抛运动，只需要每次实验都能保证钢球做相同的平抛运动，即每次实验都要保证钢球从同一高度无初速度释放并水平抛出，没必要要求斜槽轨道光滑，因此A错误，B、D正确；挡板高度可以不等间距变化，故C错误。 11 （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”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时　　　　(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重垂线平行。  球心 需要 大于 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”或者“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)。  12 [解析]a.因为钢球做平抛运动的轨迹是其球心的轨迹，故将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点(平抛运动的起始点)；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。b.由于平抛的竖直分运动是自由落体运动，故相邻相等时间内竖直方向上位移之比为1∶3∶5∶…，故两相邻相等时间内竖直方向上的位移之比越来越大。因此；由y2 - y1 = gT2，x = v0T，联立解得v0 = x。 13 （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.用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板放置，笔尖紧靠白纸板，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 AB [解析]将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，由于铅笔受摩擦力作用，且不一定能始终保证铅笔水平，铅笔将不能始终保持垂直白纸板运动，铅笔将发生倾斜，故不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹，故C不可行，A、B可行。 14 （4）伽利略曾研究过平抛运动，他推断:从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体　　　　。  A.在水平方向上做匀速直线运动 B.在竖直方向上做自由落体运动 C.在下落过程中机械能守恒 B [解析]从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，可认为做平抛运动，因此不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样，这实际上揭示了平抛物体在竖直方向上做自由落体运动，故选项B正确。 15 考点二 探索创新实验 16 【视角1】　实验方案的创新 例1 利用单摆验证小球平抛运动规律，设计方案如图(a)所示，在悬点O正下方有水平放置的炽热的电热丝P，当悬线摆至电热丝处时能轻易被烧断。MN为水平木板，已知悬线长为L，悬点与木板间的距离OO' = h(h > L) （1）电热丝P必须置于悬点正下方的理由。  [解析]使小球运动到正下方，此时速度v0为水平方向，保证小球做平抛运动。 17 （2）将小球向左拉起后自由释放，最后小球落在木板上的C点，O'C = s，则小球做平抛运动的初速度v0为　　　　　　　。  s [解析]小球做平抛运动的下落高度满足h - L = gt2，s = v0t，由此得v0 = s。 18 （3）在其他条件不变的情况下，若改变释放小球时悬线与竖直方向间的夹角θ，小球落点与O'点的水平距离s将随之改变，经多次实验，以s2为纵坐标，得到如图(b)所示图像，已知h = 2L，则由图(b)可知L =　 　m。  1 [解析]从释放到烧断有mgL(1 - cos θ) = m，从抛出到落地有s = v0，联立得s2 = 4(h - L)L - 4(h - L)Lcos θ，且h = 2L，解得L = 1 m。 19 【视角2】　实验装置的创新 例2 利用智能手机自带的各种传感器可以完成很多物理实验。某同学利用如图所示的实验装置，结合手机的传感器功能测定当地的重力加速度，实验步骤如下: 20 Ⅰ.实验前用游标卡尺测出小球的直径d = 5.00 mm； Ⅱ.实验装置中固定轨道AB的末端水平，在轨道末端安装一光电门，光电门通过数据采集器与计算机相连，测量小球离开轨道时的速度。将小球从轨道的某高度处由静止释放，小球运动一段时间后，打到竖直记录屏MN上，记下落点位置。然后通过手机传感器的测距功能，测量并记录小球做平抛运动的水平距离x和竖直下落距离h； Ⅲ.多次改变屏MN与抛出点B的水平距离x，使小球每次都从轨道的同一位置处由静止释放，重复上述实验，记录多组x、h数据，如下表所示: 21 实验顺序 1 2 3 4 5 x (cm) 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 x2 (×10 - 2 m2) 1.00 2.25 4.00 6.25 9.00 h (cm) 4.87 10.95 19.50 30.52 43.91 请根据上述数据，回答下列问题: 22 （1）在给定的坐标纸上作出x2 - h的图像； [答案]见解析图 [解析] 描点作图如图所示； 23 （2）若光电计时器记录的平均遮光时间t = 0.005 s，根据上述图像求得当地的重力加速度大小g =　 　m/s2(结果保留三位有效数字)；  9.52 [解析]小球过B点水平抛出的速度为v0 = = 1 m/s， x2与h的关系为x2 = ， 结合图像可得 = k = m = m，解得g = 9.52 m/s2； 24 （3）若实验中，每次记录的h值均漏掉了小球的半径，按照上述方法计算出的重力加速度大小与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。  不变 [解析]在（2）中k = ，可知漏掉了小球的半径，不影响重力加速度g的计算，即计算出的重力加速度大小与真实值相比不变。 25 【视角3】　实验目的的创新 例3 为了研究平抛运动的规律以及探究一些新问题，小明和小聪在公园草地上一定高度处架设一喷水管，如图所示，喷水管口的中心离地高度为h，管口的横截面积为S，管口的半径远小于h，喷水管可绕竖直轴O做360°转动，喷管的水平长度为R，落地时水的中心离喷水管口的水平距离为L，水面的宽度为x，不计空气阻力，已知重力加速度大小为g。(均用题中物理量的字母表示) 26 （1）调整装置时，应使喷水管管口切线　　　　。  水平 [解析]为了使得水在空中做平抛运动，应使喷水管的管口切线水平。 （2）水流稳定时，空中水的体积V =　　。 [解析]稳定后，在空中的水体积为V = Sl，在空中的时候有l = vt = L，可知V = SL。 （3）水流稳定时，从管口喷出水的速度大小v =　　　。  [解析]对水分析，在竖直方向做自由落体运动，则有h = gt2，解得t = ，水平方向做匀速直线运动，有L = vt，解得v = L。 27 （4）该喷管能喷射的面积S喷 =　　　　　　。 [解析]喷出来的水会形成一个圆环，则S喷 = π - π = 2πx(R+L)。 28 $