第4章 实验5 探究平抛运动的特点(教师用书Word)-【高考领航】2027年高考物理大一轮复习学案（创新版）

该高中物理高考复习讲义聚焦“探究平抛运动的特点”实验，整合原理、操作要领、数据处理（含轨迹完整与残缺两种情况）及误差分析等核心考点，按实验要素分层梳理，通过考点解析、方法指导（如坐标原点确定、初速度计算）、真题训练（广东深圳一模、河北卷等高考题）帮助学生突破实验难点，体现复习系统性与针对性。 资料突出实验创新与核心素养培养，如用光电门传感器替代传统描迹法（科学探究），通过斜坡高度测量案例（科学思维）强化平抛模型建构。设置原型实验基础题与创新实验提升题，配合误差分析策略，助力学生高效掌握实验原理与应用，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

实验5　探究平抛运动的特点 原理装置图 操作要领 注意事项 使小球做平抛运动，利用描点法描绘出小球的运动轨迹。 1．安装、调整木板：用重垂线检查木板是否竖直。 2．安装、调整斜槽：用平衡法检查斜槽末端是否水平。 3．描绘运动轨迹：用平滑的曲线连接得到小球做平抛运动的轨迹。 4．确定坐标原点及坐标轴。 1．斜槽末端的切线要水平。 2．木板必须处在竖直平面内。 3．坐标原点为小球在槽口时，球心在木板上的投影点。 4．小球每次都从槽中的同一位置由静止释放。 数据 处理 1．平抛轨迹完整(即含有抛出点) 在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移x及竖直位移y，根据x＝v0t，y＝gt2，就可求出初速度v0＝x 。 2．平抛轨迹残缺(即无抛出点) 如图所示，在轨迹上任取三点A、B、C，使A、B间及B、C间的水平距离相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、C间所用时间相等，设为t，则Δh＝hBC－hAB＝gt2，所以t＝ ，则初速度v0＝＝x 。 误差 分析 1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致平抛运动初速度未沿水平方向。 2．坐标原点不够精确。 3．空气阻力的存在，使小球的径迹不是真正的平抛运动轨迹。 考点一　教材原型实验 　(2025·广东深圳一模)某实验小组进行“探究平抛运动的特点”实验，步骤如下： (1)(多选)按照甲图安装实验装置，调节斜槽末端水平，并将一张白纸和复写纸固定在背板上。斜槽末端下方用细线悬挂重锤的作用是________； A．判断仪器背板是否竖直 B．确定白纸上y轴的方向 C．利用重锤的惯性来保证实验装置稳定 (2)让小球静止在斜槽末端附近，用笔通过复写纸在白纸上描出球心投影点O1，描出槽口端点在白纸上的投影O2，描出过O2的竖直线与过O1水平线的交点O3。白纸上平抛轨迹的初始位置应是________(选填“O1”“O2”或“O3”)； (3)让钢球从斜槽上某一高度滚下，落到水平挡板上，在白纸上留下印迹； (4)上下调节挡板的位置，多次操作步骤(3)，并保证钢球在斜槽上的释放点________(选填“相同”“不同”或“随机”)； (5)用平滑曲线把印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹，如图乙。轨迹上任意一点的坐标x、y应满足关系：y∝________(选填“x”“x2”或“”） 图甲 图乙 解析：(1)重锤的作用是确保坐标轴的y轴为竖直方向或沿重锤方向描下y轴为竖直方向，即必须保证仪器背板竖直，故AB正确；重锤的惯性无法保证实验装置稳定，故C错误。故选AB。 (2)让小球静止在斜槽末端附近，用笔通过复写纸在白纸上描出球心投影点O1，描出槽口端点在白纸上的投影O2，描出过O2的竖直线与过O1水平线的交点O3，即竖直方向与水平方向的交点恰好是小球抛出点在白纸上的投影点，实验白纸上平抛轨迹的初始位置应是O3。 (4)上下调节挡板的位置，多次操作步骤(3)，并保证钢球在斜槽上的释放点相同，这样才能保证每次平抛的初速度相同。 (5)用平滑曲线把印迹连接起来，就得到钢球做平抛运动的轨迹，如题图乙，在轨迹上任意一点的坐标x、y，根据平抛运动规律得x＝v0t，y＝gt2，消去t，可得x、y应满足关系为y＝x2，即满足y∝x2。 答案：(1)AB　(2)O3　(4)相同　(5)x2 　(2024·河北卷，11节选)图1为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图2所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。 图1 图2 (1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________(选填“相同”或“不同”)； (2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹； (3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为________m/s(当地重力加速度g为m/s2，保留2位有效数字)。 解析：(1)探究平抛运动特点的实验中，要使钢球到达斜槽末端的速度相同，则每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度相同。 (2)用平滑曲线连接坐标纸上的点，即为钢球做平抛运动的轨迹，作图时应使尽可能多的点在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线两侧，如图所示。 (3)根据平抛运动规律有x＝v0t、y＝gt2，联立可得v0＝，在轨迹图线上选取一点(8 cm，6 cm)，代入可得v0≈0.72 m/s。 答案：(1)相同　(2)见解析图　 (3)0.72(0.67～0.77均可) 考点二　拓展创新实验 　如图所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间，底板上的标尺可以测得水平位移，保持水平槽口距底板高度h＝0.420 m不变，改变小球在斜槽导轨上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度v0、飞行时间t和水平位移d，记录在表中。 (1)由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成________关系，与____________无关； v0/(m·s-1) 0.741 1.034 1.318 1.584 t/ms 292.7 293.0 292.8 292.9 d/cm 21.7 30.3 38.6 46.4 (2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值t理＝＝ s≈289.8 ms，发现理论值与测量值之差约为3 ms。经检查，实验及测量无误，其原因是_____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________； (3)另一位同学分析并纠正了上述偏差后，另做了这个实验，竟发现测量值t′依然大于自己得到的理论值t理′，但二者之差在3～7 ms之间，且初速度越大差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏差的原因是__________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 解析：(1)由题表中数据可知，h一定时，小球的水平位移d与初速度v0成正比关系，与飞行时间t无关。 (2)该同学计算时重力加速度取的是10 m/s2，一般情况下应取9.8 m/s2，从而导致约3 ms的偏差。 (3)小球直径过大、小球飞过光电门需要时间或光电门传感器置于槽口的内侧，使测量值大于理论值。 答案：(1)正比　飞行时间t　 (2)计算时重力加速度取值(10 m/s2)大于实际值　 (3)见解析 [创新角度分析] 1．实验器材创新：利用光电门传感器和碰撞传感器替代描迹法。 2．数据处理创新：小球的水平初速度和飞行时间等数据的获取比较准确便捷。 　(2025·四川绵阳高三诊断)斜坡是山城重庆常见的一种道路情况。小张同学用卷尺和一把弹簧枪(如图甲所示)，结合自己的身高h及平抛运动知识，测量出自己家门口的一段长斜坡的高度，具体实验过程如下： 图甲 图乙 (1)小张同学先找一段水平路面，将小球装入弹簧枪中，装入弹簧枪中的小球应选择________； A．小钢球 B．小木球 C．小塑料球 D．均可 (2)用小球压缩弹簧并记录压缩后弹簧的长度，将弹簧枪贴在头顶处沿________方向发射，如图乙所示，然后测量出小球落地点到发射点的水平距离x; (3)改变并记录弹簧枪内弹簧的长度，重复步骤(2)多测几组x； (4)小张同学走上斜坡，先用卷尺测量出斜坡的长度L，然后用小球压缩弹簧到(2)、(3)步骤中对应长度，再将弹簧枪贴在路面上沿(2)、(3)步骤中相同方向发射，如图丙所示，然后测量出相应的小球落地点到发射点沿斜坡的距离x0； (5)用测得的x、x0绘制图像如图丁，其纵坐标应选择________(选填“x”“x2”或“x3”); 图丙　 图丁 (6)若图丁图线的斜率为k，则斜坡倾角θ的正弦值sin θ＝__________(用h和k表示); (7)则斜坡的高度为H＝L sin θ。 解析：(1)实验小球应选择密度大、体积小的，钢球的密度大，空气阻力对钢球的影响比小木球和小塑料球的小，故A符合题意。 (2)让小钢球做平抛运动，所以将弹簧枪贴在头顶处沿水平方向发射。 (5)根据图乙由平抛规律得h＝gt2，x＝vt，联立得x＝v①；根据图丙由平抛规律有x0sin θ＝gt′2，x0cos θ＝vt′，联立得cos θ＝v②，由①②，得x2＝x0，因为题图丁是直线，故其纵坐标应选择x2。 (6)由(5)中函数关系得k＝，解得sin θ＝。 答案：(1)A　(2)水平　(5)x2　 (6) [创新角度分析] 1．实验目的创新：根据平抛运动的原理进行其他物理量的测量，替代平抛运动特点的探究。 2．数据处理创新：数据处理采用平抛运动的分解思想和平抛运动常见模型的处理方法。 学科网（北京）股份有限公司 $