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

该高中物理课件聚焦“探究平抛运动的特点”，通过观察投掷标枪、急停跳投等实例，引导学生分析运动轨迹与受力共性，建立抛体运动概念，进而明确平抛运动的条件与性质，搭建从生活现象到物理规律的学习支架。 其亮点在于以“化曲为直”为核心，分解平抛运动为水平匀速与竖直自由落体，体现科学思维中的模型建构。通过频闪照相实验验证轨迹与分运动规律，培养科学探究能力。课堂小结系统梳理知识，帮助学生形成物理观念，学生能提升分析能力，教师可依托实例优化教学流程。

5.3 实验：探究平抛运动的特点 第五章 抛体运动 人教版（2019） 1.7.2013 今天我们来学习第五章抛体运动中的一个重要实验——探究平抛运动的特点。通过今天的学习，我们将掌握如何分析和研究这种看似复杂的曲线运动。让我们一起开始吧！ ‹#› 01 02 实验思路 抛体运动和平抛运动 目录 03 进行实验 1.7.2013 本节课我们将分为三个部分。首先，我们会明确什么是抛体运动和平抛运动。接着，我们将探讨如何设计实验来研究平抛运动。最后，我们会通过具体的实验方案来验证我们的猜想。 ‹#› 投掷标枪 急停跳投 投掷铅球 大家看，无论是运动员投掷标枪、篮球，还是推铅球，这些物体被扔出去之后，它们的运动轨迹有什么共同的特点吗？ 如果我们不考虑空气的阻力，只看地球引力的话，标枪、篮球和铅球在空中飞行时，它们的受力情况又有什么共同的特点呢？ 观察与思考 1.7.2013 在正式学习新知识之前，我们先来观察几个生活中的运动场景。大家看屏幕上的这几张图，投掷标枪、急停跳投、投掷铅球，这些物体在空中的运动轨迹有什么共同点？它们是不是都走了一条弯曲的路径？再想一想，如果忽略空气阻力，它们在空中只受什么力？没错，只有竖直向下的重力。 ‹#› 射箭比赛 空中投递 投掷飞镖 大家观察一下，射出的箭、从飞机上投下的货物、还有飞出去的飞镖，它们的运动轨迹又有什么共同的特点呢？ 同样地，如果忽略空气阻力，只考虑重力，那么箭、货物和飞镖的受力又有什么共同的特点呢？ 观察与思考 1.7.2013 我们再来看一组图片。射箭、空中投递物资、投掷飞镖，这些运动是不是也和刚才一样，轨迹都是曲线，并且在空中都只受重力作用？通过这些例子，我们发现很多物体被抛出后的运动都有相似之处。 ‹#› 第一部分 抛体运动和平抛运动 1.7.2013 非常好！通过刚才的观察，我们已经对这类运动有了一个初步的印象。接下来，我们就进入今天的第一部分，来给这些运动下一个准确的定义。 ‹#› 抛体运动：将物体以一定的初速度抛出，若忽略空气阻力，物体在空中只受重力作用，这种只在重力作用下的运动就叫做抛体运动。它是生活中常见的曲线运动形式。 平抛运动：如果物体抛出时的初速度是完全水平的，这种特殊的抛体运动就叫做平抛运动。它是研究复杂曲线运动的基础模型。 关键条件：第一，物体具有水平方向的初速度；第二，运动过程中忽略空气阻力，只受恒定的重力作用。 运动性质：匀变速曲线运动。因加速度（重力加速度g）恒定，故为“匀变速”；因速度方向与重力方向不在同一直线，故为“曲线运动”。 抛体运动和平抛运动 1.7.2013 首先是抛体运动，定义很简单：将物体抛出，忽略空气阻力，只受重力作用的运动。而平抛运动是抛体运动的一种特殊形式，它的特殊之处在于，抛出时的初速度必须是水平的。所以，平抛运动的两个关键条件是：初速度水平，且只受重力。因为受力恒定，所以它是匀变速运动；因为速度方向和力的方向不一致，所以它是曲线运动。合起来就是匀变速曲线运动。 ‹#› 第二部分 实验思路 1.7.2013 概念我们清楚了，但平抛运动的轨迹是曲线，直接研究起来比较困难。别担心，科学家们有一个非常聪明的方法。接下来，我们就进入第二部分，探讨一下研究平抛运动的实验思路。 ‹#› (1)我们已经学过运动的合成与分解。既然直线运动我们很熟悉，那能不能把复杂的平抛运动，分解成两个简单的直线运动来研究呢？这是解决曲线运动问题的核心思路。 (2)结合平抛运动的特点思考：它的初速度是水平的，在空中运动时又只受竖直向下的重力作用。那么，把它分解到哪两个方向上进行研究，会让问题变得更简单、更方便呢？ (3)确定了分解的方向后，进一步分析：在这两个选定的方向上，物体的受力情况是怎样的？它分别会做匀速直线运动，还是变速直线运动呢？尝试结合受力与运动的关系给出判断。 思考与讨论 1.7.2013 大家思考一下，我们学过运动的合成与分解，能不能用这个知识来解决平抛运动这个难题呢？既然平抛运动的初速度是水平的，受力是竖直的，那么把它分解到哪两个方向最合适呢？对，就是水平方向和竖直方向！那么在这两个方向上，物体又会做什么样的运动呢？ ‹#› 1.研究方法： 建立平面直角坐标系，将复杂的曲线运动拆解为水平与竖直两个方向的直线运动；核心策略是“化曲为直”，把未知的曲线问题转化为已知的直线运动问题分别分析求解。 2.分解方向：以抛出点为原点，水平向右为x轴，竖直向下为y轴分解平抛运动 分析维度 初速度特征 受力条件 理论运动形式 水平(x)方向 有初速度 v₀ 忽略阻力，不受力 匀速直线运动 竖直(y)方向 初速度为 0 只受竖直向下重力G 自由落体运动 vᵧ=0 F = G y方向：自由落体 vₓ=v₀ Fₓ = 0 x方向：匀速直线运动 3.理论猜想： 实验思路 1.7.2013 ‹#› (1)我们怎么设计实验，来分别验证平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律是不是和我们猜想的一样呢？ (2)大家能不能开动脑筋，设计一个实验方案来证明我们的猜想？谁愿意来分享一下你的想法？ 思考与讨论 1.7.2013 猜想很美好，但实践是检验真理的唯一标准。我们该如何设计实验，来验证我们刚才的猜想呢？大家可以分组讨论一下，设计一个实验方案，看看如何分别证明水平方向是匀速直线运动，竖直方向是自由落体运动。 ‹#› 第三部分 进行实验 1.7.2013 同学们可能想到了很多方法，现在我们就来学习一种非常经典且直观的实验方法。让我们进入第三部分：进行实验。 ‹#› 方案一：频闪照相 01 / 核心成像原理 利用周期性闪光的光源（频闪灯）照亮运动物体，在同一张底片上以固定的时间间隔记录物体的位置。通过多次曝光叠加，将动态的运动过程转化为静态的、可观测的位置序列，直观呈现物体在不同时刻的空间分布。 02 / 关键技术优势 无需追踪物体的实时运动，通过静态影像即可精准还原轨迹；时间间隔可控且精度高，能捕捉肉眼难以分辨的高速运动细节；记录结果可长期保存、反复分析，是研究变速运动、曲线运动的理想实验手段。 03 / 实验与科研应用 广泛应用于物理实验室的抛体运动、简谐运动分析；在工业领域用于检测机械部件的振动频率与运动精度；在体育科学中可辅助分析运动员的动作轨迹与发力节奏，为技术优化提供直观的数据支撑。 总结：频闪照相法将“动态过程”固化为“静态图像”，让不可见的时间维度可视化，是连接理论计算与实际运动观测的重要桥梁。 1.7.2013 我们要介绍的第一种方案，叫做频闪照相法。这个方法可以帮助我们清晰地看到物体在不同时刻的位置。 ‹#› 方案一：频闪照相或视频录制 1.现象分析： 通过频闪照片观察：在水平方向上，小球在相等的时间间隔内，前进的距离都是相等的。这一现象证明了，平抛运动在水平方向上遵循的是 在竖直方向上，做平抛运动的小球与同时从同一高度自由下落的小球，在相同时间内下落的高度完全一致。这说明，平抛运动在竖直方向上的运动规律，和另一个小球的运动规律完全相同，也就是 匀速直线运动 自由落体运动 1.7.2013 大家看这张频闪照片。我们可以看到，在水平方向，小球每隔相等的时间，前进的距离都差不多，这证明了水平方向是匀速直线运动。同时，我们让另一个小球从同一高度同时自由下落，发现它们在竖直方向上的位置总是相同的。这就有力地证明了，平抛运动在竖直方向上就是自由落体运动。我们的猜想得到了验证！ ‹#› 运动点迹 横坐标 纵坐标 A 待测量 待测量 B 待测量 待测量 C 待测量 待测量 D 待测量 待测量 E 待测量 待测量 方案一：频闪照相或视频录制 2. 建系与数据测量 （1）以小球被抛出时的球心位置为坐标原点，建立平面直角坐标系，确定X轴与Y轴方向。 （2）利用刻度尺测量小球在不同运动位置对应的横坐标和纵坐标，将测量得到的实验数据准确记录在表格中。 1.7.2013 除了定性观察，我们还可以进行定量分析。我们以抛出点为原点建立坐标系，然后测量小球在不同位置的坐标，并把它们记录在表格里。有了这些数据，我们就能进行更深入的分析了。 ‹#› (1)通过我们测量得到的坐标数据，能不能验证平抛运动的轨迹确实是一条抛物线呢？这是验证实验结论的关键一步。 (2)我们已知水平位移 x = v₀t，竖直位移 y = ½gt²。试着消去时间 t，推导 y 与 x 的关系式。若得到 y = kx²（k 为常数）的形式，这将直接证明平抛运动的轨迹符合抛物线的数学特征。 思考与讨论 (3)结合推导出的轨迹方程与实际测量的坐标数据，我们是不是可以建立方程，反向计算出小球做平抛运动的初速度 v₀ 呢？这是实验数据的重要应用价值。 1.7.2013 有了数据之后，我们可以做什么呢？首先，我们可以验证轨迹是不是抛物线。我们可以利用水平方向x=v₀t和竖直方向y=½gt²这两个公式，消去时间t，推导出y和x的关系。如果得到的是y=kx²这样的形式，就证明了轨迹是抛物线。更进一步，我们还可以利用这些数据，反解出平抛运动的初速度v₀。 ‹#› 课堂小结 探究平抛运动的特点 平抛运动 实验思路 实验方案 核心“化曲为直”，分解为水平与竖直方向分别研究 频闪照相 特点 性质 只受重力作用，初速度方向水平 加速度恒定为g，属于匀变速曲线运动 描迹法 直观验证：水平方向匀速直线运动，竖直方向自由落体运动 描绘运动轨迹，可验证平抛运动的轨迹是一条抛物线 1.7.2013 好了，我们来总结一下今天的内容。我们学习了平抛运动的定义、特点和性质。最重要的是，我们掌握了“化曲为直”的研究方法，通过将平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动，成功地解决了这个复杂问题。频闪照相法为我们提供了有力的证据。 ‹#› 课堂练习 自由落体 1．小球A由斜槽滚下，从桌边水平抛出。当它恰好离开桌边缘时，小球B从同样高度处自由下落。频闪照相仪拍到了两球下落过程中四个时刻的位置，如图所示。已知背景的方格纸每小格的边长为2.4cm，频闪照相仪的闪光频率为10Hz。 （1）比较A、B两球下落的频闪轨迹，可知A球做平抛运动时，在竖直方向上做__________运动。 1.7.2013 现在我们来做几道练习题，检验一下大家的学习成果。请看第一题，这是一个非常经典的实验场景。通过比较A球和B球的轨迹，我们可以直接得出A球在竖直方向做什么运动？没错，是自由落体运动。 ‹#› （2）利用这张照片可求出当地的重力加速度大小为m/s2。（3）A球离开桌边时的速度大小为m/s。 课堂练习 9.6 0.72 1.7.2013 接下来是计算题。已知频闪频率是10Hz，所以周期T是0.1秒。我们可以利用竖直方向的自由落体运动，通过相邻相等时间内的位移差来计算重力加速度g。然后，再利用水平方向的匀速直线运动，用水平位移除以时间，就能算出初速度。请大家动笔算一算。 ‹#› 课堂练习 2．用如图甲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。 1.7.2013 来看第二题，这是另一种研究平抛运动的方法——描迹法。通过不断移动挡板，记录小球的落点，最终连成轨迹。我们先来看这个实验装置。 ‹#› 课堂练习 （1）关于“研究物体平抛运动”实验，下列说法正确的是 ( ) A．安装斜槽时其末端切线应水平，以保证小球抛出时初速度水平 B．钢球与斜槽之间有摩擦会增大实验误差，需严格保证斜槽光滑 C．建立坐标系时，应以斜槽末端端口的上边缘位置为坐标原点 D．钢球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始释放，确保初速度一致 参考答案：AD 解析：A正确，末端水平是平抛运动的前提；B错误，只要初速度一致，摩擦不影响；C错误，原点应为球心在槽口的位置；D正确，保证初速度相同是关键。 1.7.2013 这道选择题考察的是实验操作的细节。A选项，斜槽末端必须水平，才能保证初速度水平，正确。B选项，只要保证每次到达底端的速度相同，有摩擦也没关系，所以错误。C选项，坐标原点应该是小球在槽口时的球心位置，而不是端口，错误。D选项，为了保证初速度相同，必须从同一位置静止释放，正确。所以选AD。 ‹#› 课堂练习 （2）某同学通过实验得到的轨迹如图乙所示，已知每个小方格的边长为0.45cm，重力加速度g=10m/s2。则钢球做平抛运动的初速度大小为m/s（计算结果保留两位有效数字）。 0.45 1.7.2013 第二问是计算。我们可以在轨迹上取几个点，利用竖直方向的位移差Δy = gT²求出时间间隔T，然后再用水平位移x = v₀T求出初速度v₀。大家动手算一下，注意单位换算。 ‹#› 课堂练习 3．2023年夏天非常炎热，水枪玩具因此十分畅销，不仅孩子们爱玩，很多成年人也乐在其中。有一种电动水枪有三种模式：散射、直线连续喷射和脉冲式发射。某同学想测定后两种模式水枪的发射速度，他进行了如下操作（取g=10m/s2）： 1.7.2013 最后一题，结合生活实际。我们用水枪来研究平抛运动。这个问题分为两种发射模式，我们逐一分析。 ‹#› 课堂练习 （1）将电动水枪水平固定在铁架台上，采用直线连续喷水模式。按压扳机后，细水柱沿直线喷出，在空中划出一条曲线。在铁架台后面平行于水枪竖直固定一块坐标板，使O点处于枪口位置，x轴与枪口在同一水平线上。水枪喷水后用手机拍照，得到如图乙所示的轨迹。根据图中轨迹可得初速度v0=m/s（结果保留三位有效数字）。 1.40 1.7.2013 第一种是连续喷水模式，拍下的轨迹就是一条平抛曲线。我们可以在图上任意取一个点的坐标(x, y)，然后利用平抛运动的规律 x = v₀t 和 y = ½gt²，消去t，就可以解出初速度v₀。 ‹#› 课堂练习 （2）改用脉冲发射方式，每次发射都射出一个“水弹”（很短的小水柱）。测出枪口的高度及“水弹”的射程。改变水枪高度，多次实验。根据实验数据作出枪口高度y与射程的平方x2关系图线如图丙所示：由图可知水枪发射“水弹”的初速度大小为5.0m/s。 5.0 1.7.2013 第二种是脉冲发射模式，测的是不同高度y对应的射程x。射程x就是水平位移，落地时间t可以由竖直方向的高度y决定，即 t = √(2y/g)。所以射程 x = v₀t = v₀√(2y/g)。两边平方得到 x² = (2v₀²/g)y。这是一个y和x²的正比例函数，图像的斜率k = g / (2v₀²)。所以我们可以从图像上求出斜率k，再反解出初速度v₀。 ‹#› THANKS THANKS 感谢观看 1.7.2013 今天的课程就到这里。我们学习了平抛运动的研究方法，并通过实验和练习加深了理解。希望大家课后能多加思考和练习，真正掌握“化曲为直”这一重要的物理思想。谢谢大家！ ‹#› $