第5章 第3节 实验：探究平抛运动的特点-【金版新学案】2026-2027学年高中物理必修第二册同步课堂高效讲义教师用书Word（人教版）

本讲义聚焦“探究平抛运动的特点”核心知识点，先明确抛体运动、平抛运动的概念及受力特点，再通过“化曲为直”思想将其分解为水平和竖直方向分运动，结合频闪照相法和对比法两种实验方案，引导学生设计实验、处理数据、分析误差，最后通过教材原型实验和拓展创新实验巩固理解。 该资料以科学探究为主线，通过A、B球同时落地实验验证竖直分运动为自由落体，轨迹点分析验证水平分运动为匀速，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。课中辅助教师引导学生动手操作，课后通过课时测评和针对练帮助学生查漏补缺，强化对平抛运动规律的掌握。

3.实验：探究平抛运动的特点 【素养目标】　1.知道抛体运动、平抛运动的概念。　2.会设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，并描绘出平抛运动的轨迹。　3.会用对比法分别探究平抛运动竖直方向和水平方向分运动的特点。 【原理探究】 活动1.什么是抛体运动和平抛运动？分析平抛运动的受力和运动情况，总结平抛运动的特点。 提示：(1)抛体运动：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)平抛运动：初速度沿水平方向的抛体运动。 (3)平抛运动的特点：①初速度沿水平方向；②只受重力作用。 活动2.平抛运动是曲线运动，能不能利用“化曲为直”的思想将平抛运动分解为两个直线运动去探究？若能，根据平抛运动的受力方向和初速度方向，可以将平抛运动分解为哪两个方向的分运动进行研究？ 提示：能利用“化曲为直”的思想将平抛运动分解为两个直线运动去探究；可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。 【实验过程】 方案一：频闪照相(或录制视频)法 1.通过频闪照相(或录制视频)，获得小球做平抛运动时的频闪照片(如图1所示)。 2.以抛出点为原点，建立直角坐标系。 3.通过频闪照片描出小球经过相等时间间隔所到达的位置。 4.测量出T，2T，3T，…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移，并填入表格。 5.分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点。 抛出时间 T 2T 3T 4T 5T 水平位移 竖直位移 结论 水平分运动特点 竖直分运动特点 方案二：分别研究水平方向和竖直方向分运动的特点 1.探究平抛运动竖直分运动的特点 (1)实验步骤 ①如图2所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做平抛运动；同时B球被释放，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，听它们落地的声音。 ②分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，发现两球仍同时落地。 (2)实验结论：平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。 2.探究平抛运动水平分运动的特点 (1)实验步骤 ①如图3所示，安装实验装置，使斜槽M末端切线水平，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，使钢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位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。 (2)数据处理 ①以钢球处于斜槽水平末端时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。 ②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。 ③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，即各点之间的时间间隔相等，测量这些点之间的水平位移，确定水平方向分运动的特点。 (3)实验结论：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的分运动为匀速直线运动。 (4)误差分析 ①安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小钢球离开斜槽后不做平抛运动。 ②建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确。 ③小钢球每次自由滚下时，起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。 ④确定小钢球运动的位置时不准确，会导致误差。 ⑤量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。 (5)注意事项 ①实验中必须调整斜槽末端的切线水平(检验斜槽末端是否水平的方法是将小钢球放在斜槽末端水平部分，看其是否能保持静止)。 ②背板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。 ③小钢球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下。 ④坐标原点不是槽口的端点，应是小钢球出槽口时球心在白纸上的投影点。 ⑤小钢球开始滚下的位置高度要适中，以使小钢球平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。 一　教材原型实验 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，也不需要配备重垂线 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，但需要配备重垂线，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。 实验操作的三点提醒 1.保证斜槽轨道末端切线水平。 2.保证小球每次从同一位置由静止释放。 3.实验过程中背板上的白纸不能移动，且小球在运动过程中与背板上的白纸不能接触。 两位同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验： (1)甲同学采用如图1所示的装置，击打金属片把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2所示的装置，两个相同的弧形光滑轨道M、N，M的末端水平，N的末端与光滑的水平板相切，两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出，实验可观察到的现象应是　　　　　　　　　　　　　。 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　　　　 　　　　　　　　　。 答案：(1)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 (2)小铁球P落地时刚好和小铁球Q相遇　平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 解析：(1)在击打金属片时，金属片把A球沿水平方向弹出，A球做平抛运动，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落地，说明A球与B球在竖直方向上的运动规律相同，即说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。 (2)两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出，小铁球P做平抛运动，小铁球Q沿水平方向做匀速直线运动，可以看到小铁球P落地时刚好和小铁球Q相遇。当改变弧形轨道M的高度时，两小铁球仍能相遇，说明平抛运动在水平方向的运动规律与匀速直线运动规律相同，即说明平抛运动在水平方向上是匀速直线运动。 针对练.(2025·北京海淀区高一下期末)为了探究平抛运动的特点，某同学进行了如下实验。 (1)该同学先用图甲所示的装置进行实验。他用小锤击打弹性金属片，A球沿水平方向飞出，同时B球被释放，做自由落体运动。改变小球距地面的高度和击打小球的力度，多次重复实验，均可以观察到A、B两球同时落地。关于本实验，下列说法正确的是　　　　(选填选项前的字母)。 A.可以验证平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 B.可以验证平抛运动在竖直方向上是自由落体运动 C.可以同时验证平抛运动在两个方向上的运动规律 (2)为了在图甲实验结论的基础上进一步研究平抛运动水平分运动的特点，该同学用图乙所示装置继续进行实验。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，钢球会在白纸上挤压出一个印迹。移动挡板，重复上述操作，白纸上将留下一系列印迹。为了能较准确地描绘运动轨迹，下列说法正确的是 　　　　(选填选项前的字母)。 A.每次释放钢球的位置应相同 B.斜槽轨道必须光滑 C.记录钢球位置用的挡板MN每次必须等距离下降 (3)在正确操作的情况下，如图丙所示，该同学以钢球抛出点为坐标原点O，建立水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系，描绘出钢球做平抛运动的轨迹OP。该同学在曲线OP上取三个点A、B、C，让它们在y方向上到O点的距离之比为y1∶y2∶y3＝1∶4∶9，再测量三个点在x方向上到O点的距离x1、x2、x3，若钢球在水平方向上是匀速直线运动，则x1∶x2∶x3＝　　　　　　。 答案：(1)B　(2)A　(3)1∶2∶3 解析：(1)观察到A、B两球同时落地，说明两球在竖直方向上的运动完全相同，即可以说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，无法说明水平方向的运动规律。故选B。 (2)每次从同一高度静止释放，是为了保证从斜槽末端飞出的速度大小相等，故A正确；斜槽轨道不需要光滑，只要保证每次飞出的速度大小相等即可，故B错误；实验中只需要多记录几个钢球的位置，作出轨迹，并不需要每次必须等距离下降挡板，记录钢球位置，故C错误。故选A。 (3)由于y1∶y2∶y3＝1∶4∶9，则可知tOA＝tAB＝tBC，若小球在水平方向上是匀速直线运动，则x1∶x2∶x3＝1∶2∶3。 二　拓展创新实验 某同学利用图(a)所示装置研究平抛运动的规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小球轨迹所在平面平行，其上每个大方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球影像的高度差已经在图(b)中标出。 完成下列填空：(结果均保留2位有效数字) (1)小球运动到图(b)中位置A时，其速度的水平分量大小为　　　　 m/s，竖直分量大小为　　　　 m/s。 (2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为　　　　 m/s2。 [破题 “三步曲”] 答案：(1)1.0　2.0　(2)9.7 解析：(1)小球水平方向上是匀速直线运动，因此小球在A点速度的水平分量大小为v0＝＝ m/s＝1.0 m/s 小球竖直方向上是自由落体运动，因此A点速度的竖直分量大小为vy＝ m/s≈2.0 m/s。 (2)由竖直方向的自由落体运动可得 g＝ 代入数据解得g＝9.7 m/s2。 针对练.(2025·山东临沂高一下期末)某实验小组用如图甲所示装置进行“研究平抛运动”实验。 (1)关于该实验的一些做法，合理的是　　　　(填正确选项前的字母)。 A.使用密度小、体积较大的球进行实验 B.斜槽轨道必须光滑 C.建立坐标系时，以斜槽末端端口位置作为坐标原点 D.每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放小球 (2)在实验中用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝5 cm，该同学只记录了物体运动轨迹上的A、B、C三点并以A点为坐标原点建立直角坐标系，得到如图乙所示的图像，根据图像可求得小球运动到B点时的速度大小为　　　　 m/s(g取10 m/s2)。 答案：(1)D　(2)2.5 解析：(1)使用密度大、体积小的球进行实验，以减小空气阻力影响，故A错误；为了保证小球的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不一定需要光滑，故B错误；建立坐标系时，应以小球在斜槽末端位置时球心在白纸上的投影点作为坐标原点，故C错误；每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放小球，保证小球是同一个平抛运动，轨迹是同一条抛物线，故D正确。 (2)根据题图乙，利用Δy＝gT2，可得小球相邻计数点间的时间间隔为 T＝＝ s＝0.1 s 可得小球抛出时的水平分速度为 v0＝＝ m/s＝1.5 m/s 小球在B点时，竖直方向的分速度为 vBy＝＝ m/s＝2 m/s 可得小球在B点时的速度大小为 vB＝＝2.5 m/s。 课时测评4　实验：探究平抛运动的特点 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1.(4分)在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置，以下说法合理的是(　　) A.选用装置1研究平抛物体竖直分运动，只能用眼睛看A、B两球是否同时落地 B.选用装置2要获得细水柱所显示的平抛轨迹，弯管末端不一定要水平 C.选用装置3要获得钢球的平抛轨迹，每次不一定要从斜槽上同一位置由静止释放钢球 D.除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动每秒15帧的录像获得平抛轨迹 答案：D 解析：选用装置1研究平抛运动是用此装置来验证平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，要用耳朵听A、B球是否同时落地，故A错误；要求装置2中弯管流出的水近似做平抛运动，因此弯管末端一定要水平，故B错误；利用装置3研究平抛运动轨迹，要使钢球每次的运动轨迹相同，则平抛运动的初速度相同，应每次从斜槽上同一位置由静止释放钢球，故C错误；研究平抛运动时，也可以用数码照相机拍摄钢球做平抛运动每秒15帧的录像，通过录像研究平抛运动的规律，故D正确。 2. (10分)用如图所示的装置研究平抛运动。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。由于挡板靠近硬板的一侧较低，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)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。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“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“不需要”)y轴与重垂线平行。 (2)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.从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放置，笔尖紧靠白纸，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 答案：(1)球心　需要　(2)AB 解析：(1)因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高，所以将钢球静置于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。 (2)将铅笔垂直于竖直的白纸放置，笔尖紧靠白纸，铅笔以一定初速度水平抛出，因为铅笔笔尖与笔尾受力不同，铅笔将不能保持始终垂直于竖直的白纸运动而发生倾斜，所以不会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹，故C错误；由平抛运动规律可知，A、B方案可行，故A、B正确。 3.(6分)频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示装置探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方和右侧正前方安装了频闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙和图丙所示，O为抛出点，P为运动轨迹上某点。根据平抛运动规律分析下列问题。 (1)频闪仪器B所拍摄的频闪照片为图　　　　(选填“乙”或“丙”)。 (2)图丙所示的频闪照片可以说明　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)乙　(2)见解析 解析：(1)小球做平抛运动时，在竖直方向上为自由落体运动，故频闪仪器B所拍摄的频闪照片为题图乙。 (2)题图丙所示的频闪照片可以说明小球在水平方向上的分运动为匀速直线运动。 4.(10分)(2025·广东汕尾高一下期末)在“探究平抛运动的特点”的实验中，利用图甲所示的装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片。 (1)图乙是两次拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由此可判断造成此情况的原因可能是　　　　　。 A.没有平衡摩擦力 B.斜槽轨道不光滑 C.未调整斜槽轨道末端切线水平 D.小球每次从斜槽的不同位置由静止释放 (2)图丙为拍摄得到的等比例频闪照片，其中每个小方格的边长为10 cm，则由图丙可求得拍摄时每　　　 s曝光一次，该小球平抛运动的水平速度大小为　　　　 m/s。(重力加速度g取10 m/s2，结果均保留至小数点后一位) 答案：(1)D　(2)0.1　2.0 解析：(1)由题图乙可知，小球两次平抛过程初速度大小可能不同，则小球每次从斜槽的不同位置由静止释放。故选D。 (2)设拍摄时的时间间隔为T，竖直方向上做匀变速直线运动，根据逐差法有Δh＝gT2 即T＝ s＝0.1 s 根据水平方向运动可知小球运动的水平速度大小为vx＝＝ m/s＝2.0 m/s。 5.(10分)以下为某学习小组在“探究平抛运动规律”时的实验操作。 (1)用如图甲所示装置获得小球的平抛轨迹，图乙是实验中小球从斜槽上不同位置由静止释放获得的两条轨迹，轨迹①所对应的小球在斜槽上释放的位置　　　　(填“较低”或“较高”)。 (2)按正确的操作步骤得到如图丙所示的小球的运动轨迹，在轨迹上取A、B、C三点，以A点为坐标原点，B、C坐标如图所示，则小球平抛的初速度v0＝　　　m/s(取g＝10 m/s2)。 (3)该小组利用实验数据绘制y-x2图线，发现是一条过原点的直线，由此判断小球下落的轨迹是抛物线，并求得斜率k，当地的重力加速度表达式为g＝　　　　(用斜率k和初速度v0表示)。 答案：(1)较高　(2)2　(3)2k 解析：(1)由题图乙可知，小球下落相同高度时，轨迹①所对应的小球水平位移大，说明轨迹①所对应的小球水平速度大，则轨迹①所对应的小球在斜槽上释放的位置较高。 (2)竖直方向上有Δh＝gT2 水平方向上有x＝v0T 可得v0＝2 m/s。 (3)根据平抛规律可得y＝gt2，x＝v0t 可得y＝x2 又因为y-x2图线斜率为k，故＝k 解得g＝2k。 6.(10分)某实验小组用图甲的方式定量研究平抛运动，得到了如图乙坐标系中的几个点。 (1)在调节轨道时，发现水平仪中的气泡在右侧，此时应将轨道的右端调　　　　(选填“高”或“低”)。 (2)某同学用专业相机以200帧/秒拍摄视频，并从视频中每n帧选取一帧进行处理得到如图乙所示的抛体运动“频闪图片”，由图可知n＝　　　　　(n为整数，g＝10 m/s2)，测得坐标纸的方格边长为9 mm，由此可得平抛运动的水平速度大小为 　　　　 m/s。 答案：(1)低　(2)6　0.6 解析：(1)水平仪右侧有气泡，说明右侧偏高，则应把轨道的右端调低。 (2)小球在竖直方向上做自由落体运动，根据逐差法有Δy＝gT2 由题图乙可知Δy＝9 mm＝0.009 m 相邻两点间的时间间隔相等， T＝＝ s＝0.03 s 因为相机以200帧/秒拍摄照片，即每0.005 s拍摄一帧，每n帧的时间为0.005n s，可得 0.005n s＝0.03 s 解得n＝6 在水平方向上，小球做匀速直线运动，小球平抛运动的水平速度大小vx＝＝ m/s＝0.6 m/s。 7.(10分)某实验小组利用如图甲所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放在一起固定在竖直木板上，在桌面上固定一个斜面，斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。 (1)为了正确完成实验，以下做法必要的是　　　　。 A.实验时应保持桌面水平 B.每次应使钢球从同一位置由静止释放 C.使斜面的底边ab与桌边重合 D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面 (2)实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动0.2 m，在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的距离依次为15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm，示意图如图乙所示，重力加速度g＝10 m/s2。 ①钢球竖直方向的运动为　　　　　　运动，相邻两点间的时间间隔是　　　　 s。 ②钢球水平方向的运动为　　　　　　运动，其水平速度大小为　　　　 m/s。 (3)图甲装置中，木板上悬挂一条重垂线，其作用是　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)AB　(2)①自由落体　0.1　②匀速直线　2　(3)见解析 解析：(1)为了使钢球离开桌面后做平抛运动，实验时应保持桌面水平，A正确；为了使钢球做平抛运动的初速度相同，每次应使钢球从同一位置由静止释放，B正确；若ab边与桌边重合，则钢球在空中做的不是平抛运动，C错误；实验与斜面是否光滑无关，D错误。 (2)①钢球竖直方向做自由落体运动，有Δy＝gT2， 解得T＝0.1 s。 ②钢球水平方向做匀速直线运动，每次向右移动0.2 m，所用时间为0.1 s，则钢球水平方向的速度大小v＝＝2 m/s。 (3)木板上悬挂重垂线是为了方便将木板调整到竖直平面。 学科网（北京）股份有限公司 $