3实验：探究平抛运动的特点-人教版高中物理必修第二册(2019版)教案

实验：探究平抛运动的特点-人教版高中物理必修第二
册（2019版）教案
实验目的
通过本实验，能够探究平抛运动的物理规律和特点，具体包括： - 掌握物理量的测量方法 - 掌握平抛运动的物理规律和特点 - 培养实验动手能力
实验器材与材料
实验器材与材料如下： - 平滑桌面 - 光电门与计时器 - 直尺 - 纸张 - 笔
实验原理
选择光电门并放置在地面上，通过光电门来实现“过门”实验。

在实验开始前，先要将光电门对准地面，距离地面上方约1-2cm高度。

在实验过程中需要使用计时器，将受力物体压在计时器的位置上，并对实验数据进行记录。

在进行实验过程中，应该要保证实验的准确性和生物的安全。

当物体在竖直方向受到重力作用时，被抛出的物体就会在水平方向运动。

在x 轴上我们可以发现，物体在运动过程中，其位置x、速度v x、加速度a x都是恒定不变的，而在y轴上，物体在运动学上会受到重力加速度g的作用，其初速度和初位移可以通过实验观察得出，加速度恒定等于g。

所以，任何一次平抛运动，都可以看做是一个在平面上竖直坠落的运动和一个在平面上做匀速直线运动的叠加。

受重力作用，在同等时间内，在竖直方向上的距离每秒增加9.8m，速度也随之增加9.8m/s，通过实验我们可以得到物体的初速度和初位移，就可以根据公式计算出其运动的距离、时间以及终速度，从而可以探究平抛运动的物理规律和特点。

实验步骤
1.将实验器材与材料准备齐全。

2.在实验光电门位置，根据其高度与计时器与光电门的距离计算出一次y轴的高度，这个高度即为该平抛运动的初位移y0。

3.将取消了重力的实验器具调整到竖直方向，以保证物体竖直上抛，全程离不开手和器具，同时按下计时器，从竖直方向上抛物体。

4.通过光电门依次检测出物体的高度，记录下每一个时间点t对应的高度y。

5.计算物体竖直方向上的初速度v0。

6.根据y0、v0和g，计算出物体的运动轨迹、运动时间t、平均速度v avg、终速度v t和y轴高度y，从而得出平抛运动的物理规律和特点。

实验结果及分析
通过实验所得到的数据，我们可以得出以下结论： 1. 在平抛运动中，物体在
竖直方向上受到重力的作用。

物体受到的重力大小为mg，重力作用方向向下，即
g的方向。

2. 物体在竖直方向上的运动是匀变速运动，始终保持着竖直上抛，然
后竖直落下的状态。

3. 物体在水平方向运动是匀速直线运动，保持着匀速直线的
状态。

4. 初速度的大小和方向分别为$v_{0}\\cos\\theta$ 和$v_{0}\\sin\\theta$，角度 $\\theta$ 为平抛运动时角体矢量与水平方向的夹角。

5. 运动时间与竖直运动的落地时间t与初位移y0有关，当初位移可知、竖直运动运动加速度为已知的常
数g时，运动时间可计算。

6. 物体抛到一半，即最高点速度为零，竖直方向上运
动学中的三个有关量应该如下： $t=2\\cdot\\frac{v_{0}}{g}$；落地处的速度为
$v_{t} = v_{0}\\cdot \\sin\\theta + g\\cdot t$；落地的高度为 $y = y_{0} +
v_{0}\\sin\\theta\\cdot t -\\frac{1}{2}g\\cdot t^{2}$。

7. 可以计算出运动的距离，为 $R = v_{0}^{2}/g \\cdot \\sin 2\\theta$。

实验注意事项
1.实验中要注意人员安全问题，保证仪器、器材的安全操作，不要随意抛物体。

2.实验过程中，计时仪器的准确性对于数据的采集和分析非常重要。

实验时需要校准好仪器并测试其准确性。

3.记录下所有实验数据，保持实验结果的准确性和可靠性。

总结
本实验通过实验方法的运用，探究了平抛运动的物理规律和特点，并通过对实验数据的分析，得出了相关结论和参数。

这些结论和参数可以用于理解和分析其他（理论或实际）问题，如极限山地地形的运动模型、空中投掷等的数量关系模型等。

平抛运动是物理学中非常基础而基本的一种运动问题，通过本实验的探究，对于平抛运动的规律性和意义有了更深入的了解。

参考资料：人教版高中物理必修第二册（2019版）。