人教版高中物理必修第2册 第五章 3 实验 探究平抛运动的特点

点,钢球的球心对应白纸上的位置为坐标原点(平抛运动的起始点)。
探究二
实验数据处理和实验误差分析
情境导引
如果用频闪照相的方法已经描绘出了平抛物体的运动轨迹,但没有记录抛
出点,仅记录了竖直方向,能否计算出平抛运动的加速度?
要点提示 可以计算出平抛运动的加速度。方法是在轨迹上取相邻的三个
点,测量相邻两点间的竖直距离分别为y1和y2,根据y2-y1=aT2,T为频闪周期,
轨道出口处的水平初速度v0相等。现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D
上,然后切断电源,使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N
的下端射出。实验可观察到P、Q两球相碰。仅仅改变弧形轨道M、N的
高度,重复上述实验,仍能观察到相同的现象,这说
明
。
(3)c同学采用频闪照相的方法拍摄到如图丙所示的小球做平抛运动的照片。
(2)探究水平方向运动规律,如图所示。
使两小球同时由同一高度沿相同轨道运动,B球运动到光滑水平面上做匀
速直线运动,A球做平抛运动,观察运动轨迹,比较两球能否相碰;改变开始
释放时小球的高度,多次重复这个实验,如果每次都相碰,说明平抛运动水
平方向是匀速直线运动。
二、利用斜槽描绘平抛运动轨迹时的误差
1.安装斜槽时,其末端不水平。
(2)在另一次实验中将白纸换成方格纸,每小格的边长L=5 cm,通过实验,记
录了小球在运动途中的三个位置,如图丙所示,则该小球做平抛运动的初速
度为
m/s,B点的竖直分速度为
m/s。(g取10 m/s2)
答案 (1)1.6
(2)1.5
2
1 2

9.8
解析 (1)由 x=v0t,y=2gt ,得 v0=x 2,将(32.0,19.6)代入得 v0=0.32× 2×0.196
(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
(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。取平抛
运动的起始点为坐标原点,将钢球放置于Q点,钢球的
端”“最下端”或“球心”)对应白纸上的位置即为原点。
第五章
3
实验:探究平抛运动的特点
内
容
索
引
01
课前篇 自主预习
02
课堂篇 探究学习
学习目标
1.知道抛体运动和平抛运动,知道用运动分解的方法研究平抛运动。
(物理观念)
2.知道平抛运动的条件及相应控制方法,会用获得位置的方法确定
多个点,并会描绘平抛运动的轨迹。(科学思维)
3.会根据平抛运动的轨迹,研究平抛运动水平和竖直分运动的特点。
分运动为自由落体运动。
2.利用平抛运动演示仪
(1)探究竖直方向运动规律,如图所示。
用小锤击打弹性金属片后,A球沿水平方向抛出,做平抛运动;同时B球被释
放,做自由落体运动。比较它们落地时间的先后。分别改变小球距地面的
高度和小锤击打的力度,多次重复这个实验。如果每次两个小球均同时落
地,则说明平抛运动竖直方向是自由落体运动。
m/s=1.6 m/s。
(2)由题图丙可知,小球由 A→B 和由 B→C 所用时间相等,且有 Δy=gT2,x=v0T,

解得 v0=1.5 m/s,vBy= 2 =2 m/s。
变式训练2某同学在做平抛运动实验时得到了如图所示的运动轨迹,a、b、
c三点的位置在运动轨迹上已标出。(g取10 m/s2)则
(1)小球平抛的初速度为
(2)小球抛出点的位置坐标x=
m/s。
cm,y=
cm。
答案 (1)2
(2)-10 -1.25
解析 (1)由平抛运动公式,在x轴方向上xab=v0T,在竖直方向上hbc-hab=gT2,代
入数据解得T=0.1 s,v0=2 m/s。
ℎ
(2)小球经过 b 点时竖直分速度 vby= 2 =1.5 m/s,小球从开始运动到经过 b 时
乙
C.取下方格纸,以O为原点,以水平线为x轴,竖直线为y轴建立坐标系,用平滑
曲线画出小球平抛运动的轨迹。
(1)完成上述步骤,将答案填在横线上。
(2)上述实验步骤的合理顺序是
。
答案 (1)同一位置由静止
斜槽末端切线水平
(2)BAC
解析 该实验需让小球重复同一个平抛运动轨迹多次,才能记录出小球的一
系列位置,故必须让小球每次从同一位置由静止释放。斜槽末端切线水平,
(选填“最上
答案 (1)BD
(2)球心
解析 (1)实验中斜槽轨道没必要光滑,因为本实验是研究平抛运动,只需要
每次实验都能保证小球做相同的平抛运动,即每次实验都要保证小球初速
度水平且相同,因此选项A错误,选项B、D正确。挡板高度可以不等间距变
化,选项C错误。
(2)因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高,故将钢球放置于Q
无论小球飞出的初速度是水平的还是倾斜的,其运动轨迹都是一条抛物线,
故D项不正确。

课堂篇 探究学习
探究一
实验操作
情境导引
为获得物体做平抛运动的轨迹,你能想到哪些方法?
要点提示 利用数码相机或平抛运动演示仪等获得物体做平抛运动的轨迹。
知识归纳
方案一
描迹法
1.按如图所示装置组装器材,小钢球从斜槽上滚下,冲过水平槽飞出后做平
轴上分别测量OxA、xAxB、xBxC……和OyA、yAyB、yByC……之间的距离。
(3)在误差允许范围内,若OxA=xAxB=xBxC……,则说明平抛运动水平分运动
为匀速直线运动。
(4)在误差允许范围内,若yBC-yAB=yAB-yOA=……,根据yBC-yAB=yAB-yOA=aT2,T
为频闪周期,可得加速度a,若a=g(g为重力加速度),则表明平抛运动的竖直
抛运动。每次都使小钢球在斜槽上同一位置由静止滚下,小钢球在空中做
平抛运动的轨迹就是一定的,设法用铅笔描出小钢球经过的位置。通过多
次实验,在竖直白纸上记录小钢球所经过的多个位置,用平滑曲线连起来就
得到小钢球做平抛运动的轨迹。
2.实验步骤
(1)将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。
(2)按照图示安装实验装置,使斜槽末端水平。
45.0 cm,A、B两点水平间距Δx为40.0 cm,则平抛小球的初速度v0为
2
2
由 x=v0t 可得 v0= = =2 m/s。
2-
=0.1
s;在水平方向上,

2.图甲是研究物体平抛运动的实验装置图,通过描点画出平抛小球的运动
轨迹。图乙是某同学根据实验画出的平抛小球的运动轨迹,O为平抛的起
点,在轨迹上任取三点A、B、C,测得A、B两点竖直坐标y1为5.0 cm,y2为
图中每个小方格的边长为10 cm,则由图可求得该小球做平抛运动的初速
度大小为
m/s。(g取10 m/s2)
答案 (1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动
动是匀速直线运动
(2)平抛运动的水平分运
(3)2
解析 (1)在打击金属片时,两小球同时分别做平抛运动与自由落体运动,结
果同时落地,则说明平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动。(2)
(科学探究)
4.通过探究平抛运动特点的实验,了解科学探究中获取及处理数据
的方法。(科学探究)
思维导图
课前篇 自主预习
必备知识
一、实验目的
1.描绘平抛运动的轨迹。
2.探究物体做平抛运动的特点,即物体的速度或位移随时间的变化关系。
二、实验思路
平抛运动是曲线运动,我们可以尝试将它分解为水平方向的分运动和竖直
用(
)
A.实心小铁球
B.空心小铁球
C.实心小木球
D.以上三种小球都可以
答案 A
解析 为减小空气阻力对小球运动的影响,阻力与球的重力相比越小,影响
越小,故A选项正确。
2.安装实验装置的过程中,斜槽末端的切线必须是水平的,这样做的目的是
(
)
A.保证小球飞出时,速度既不太大,也不太小
B.保证小球飞出时,初速度方向水平
小球才会做平抛运动。
变式训练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。
(3)把水平槽末端上小球球心的位置记录在白纸上。
(4)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下,落到倾斜挡板N上,钢球挤压复写
纸,在白纸上留下印迹。
(5)上下调节倾斜挡板N,重复步骤4,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
(6)用平滑曲线把这些印迹连接起来,就得到钢球做平抛运动的轨迹。
3.注意事项
(1)斜槽安装:实验中必须调整斜槽末端切线水平,将小球放在斜槽末端水
C.保证小球在空中运动的时间每次都相等
D.保证小球运动的轨迹是一条抛物线
答案 B
解析 平抛运动初速度的大小不是由斜槽末端是否水平决定的,而是由小球
释放点到斜槽水平端的竖直高度决定的,故A项不正确;研究平抛物体的运
动,旨在弄清物体在水平和竖直两个方向上怎样运动,必须保证小球抛出时
速度是水平的,并非要研究小球在空中运动的时间,故B项正确,C项不正确;
平部分,若小球静止,斜槽末端的切线就水平了。
(2)方木板固定:方木板必须处于竖直面内,检查坐标纸竖线是否竖直。
(3)小球释放:
①小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放。
②小球开始滚下的位置高度要适中,以使小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。
(4)坐标原点:坐标原点不是槽口的端点,而是小球出槽口时球心在木板上
2.钢球做平抛运动时受空气阻力影响。
3.钢球每次滚下的初位置不相同。
4.建立坐标系时,误将斜槽口在背板上的投影点作为坐标原点。
迁移应用
例2图甲是探究平抛运动特点的实验装置图。
(1)图乙是正确实验取得的数据,其中O为抛出点,若已知当地重力加速度为
9.8 m/s2,则此小球做平抛运动的初速度为
m/s。
(2)背景和小球之间的反差要大。
(3)确保拍摄照片清晰。
迁移应用
例1在探究平抛运动的实验中,描绘出小球平抛运动的轨迹如图甲所示,实
验简要步骤如下:
甲
释放,在一张印有小方格的纸上
A.让小球多次从
记下小球经过的一系列位置,如图甲中a、b、c、d所示。
B.按图乙安装好器材,注意
,记下平抛初位置O点和
过O点的水平线与竖直线。
让两小球同时从相同的弧形轨道上的相同高度滚下,从而使两小球同时滚
离轨道并具有相同的初速度。小球P做平抛运动,小球Q做匀速直线运动,
两小球相遇则说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。(3)平
抛运动可看成竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动的合
Δℎ
运动。在竖直方向上,由 Δh=gt 可得 t= =
可得加速度a。
知识归纳
一、探究平抛运动中水平和竖直分运动的规律
1.利用轨迹法(以频闪照片为例)
(1)以小球第一张照片位置中心为坐标原点O,水平方向为x轴、竖直方向为
y轴建立平面直角坐标系。
(2)小球其他照片位置中心依次为A、B、C……,过A、B、C……分别向x
轴和y轴作垂线,交x轴于xA、xB、xC……,交y轴于yA、yB、yC……,在x轴和y
的投影,为保证实验精度,必须保证背板处于竖直平面内,使平抛轨道的平
面靠近背板。
方案二
利用频闪照相的方法
1.实验步骤
(1)固定相机,利用相机的连拍功能,使其每隔一定时间拍一张照片。
(2)使小球从水平桌面上飞出,在小球后面放置带方格的黑板做背景。
(3)利用软件将多张照片合成同一幅照片。
2.注意事项
(1)确保相机静止不动。
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,改变小锤打
击的力度,即改变A球被弹出时的速度,两球仍然同时落地,这说
明
。
(2)b同学采用如图乙所示的装置。两个相同的弧形轨道M、N分别用于发
射小铁球P、Q,其中N的末端与光滑的水平板相切,两轨道上端分别装有电
磁铁C、D。调节电磁铁C、D的高度,使AC=BD,从而保证小铁球P、Q在
方向的分运动。只要知道这两个方向的运动特点,平抛运动的特点就清楚
了。
三、进行实验
方案一、利用频闪照相的方法,记录物体在不同时刻的位置。
方案二、设法描绘物体做平抛运动的轨迹,先研究水平方向的运动规律,再
研究竖直方向的运动规律。
自我检测
1.在探究平抛运动的特点实验中,为减小空气阻力对小球运动的影响,应采

历时 tb= =0.15 s,说明小球经过 a 点时已经运动了 ta=0.05 s,所以小球抛出
1
点的坐标为 x=-v0ta=-10 cm;y=-2 2 =-1.25 cm。
随堂训练
1.三个同学根据不同的实验条件,进行了探究平抛运动规律的实验。
(1)a同学采用如图甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片,金属片把A球沿