1、KKK 第三节第三节 实验：探究平抛运动的特点实验：探究平抛运动的特点 目标体系构建 明确目标 梳理脉络 【学习目标】 1知道什么是平抛运动。 2会用运动的合成与分解的方法探究平抛运动的特点。 3从实验轨迹求平抛物体的初速度。 【思维脉络】 课内互动探究 细研深究 破疑解难 1实验目的 (1)用实验方法描出平抛运动的轨迹。 (2)探究平抛运动竖直方向和水平方向运动的特点。 2实验原理 用频闪照相的方法或研究平抛运动的实验装置得出小球做平抛运动的不同时刻的位置， 用平滑曲线连接各位置，得到小球做平抛运动的轨迹。以小球平抛的起点为坐标原点，沿水 平方向和竖直向下的方向建立直角坐标系，根据各点坐标数
2、据研究小球在水平方向和竖直方 向的运动规律。 3实验器材 1频闪照相机、铅笔、刻度尺、三角板。 2平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。 4实验步骤 (一)频闪照相法： (1)实验现象：利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图 所示。 (2)现象分析： 在竖直方向上，两种运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上的运动 是相同的，都是自由落体运动； 在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上的运动 是匀速直线运动。 (3)理论分析： 水平方向：初速度为 v0，物体不受力，即 Fx0，物体由于惯性而做匀速直线运动。 竖
3、直方向：初速度为零，物体只受重力作用，即 Fymg，ag，物体做自由落体运动。 (二)描迹法： (1)安装调平 将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端切线水平。 用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的 运动轨迹所在平面平行且靠近。如图所示。 (2)建坐标系 把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心所在木板上的投影点 O，O 点即为坐标原点，用重锤线画出过坐标原点的竖直线作为 y 轴，画出水平向右的 x 轴。 (3)确定小球位置： 将小球从斜槽上某一位置由静止滑下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平 抛运动的小球在
4、某一 x 值处的 y 值。 让小球由同一位置自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过的 位置，并在坐标纸上记下该点。 用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置。 (4)描点得轨迹 取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹。 (5)数据处理 测出相等时间 T、2T、3T内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移。 把测量的数据记录在表格中： 时间 T 2T 3T 水平位移 竖直位移 通过根据分析水平分运动和竖直分运动的特点。 (6)误差分析 斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动。 确定小球运动的位置时不准确。 量取轨迹上各点坐标时不准确。 (7
5、)注意事项 实验中必须保持斜槽末端水平。 要用重锤线检查木板、坐标纸上的竖直线是否竖直。 小球必须每次从斜槽上相同的位置自由滚下。 实验时，眼睛应平视运动小球，并较准确地确定小球通过的位置。 要在斜槽上较大的高度释放小球，使其以较大的水平速度运动，从而减小相对误差。 要用平滑的曲线画出轨迹，舍弃个别偏差较大的点。 在轨迹上选点时，不要离抛出点过近，并且使所选取的点之间尽量远些。 考点 对实验操作过程的考查 典例剖析 典题 1 (多选)(2020 河南省林州市第一中学高二下学期 2 月调研)在探究平抛运 动的规律时，可以选用下列各种装置图，以下操作合理的是( BD ) A选用装置 1 研究平抛物
6、体竖直分运动，应该用眼睛看 A、B 两球是否同时落地 B选用装置 2 要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端 A 一定要低于水面 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 D除上述装置外，也能用数码照相机拍摄钢球做平抛运动时每秒 15 帧的录像获得平抛 轨迹 思路引导：理解各种方法的操作原理及实验注意事项是解决此类问题的关键。 解析：小球下落的速度很快，运动时间很短，用眼睛很难准确判断出小球落地的先后顺 序，应听声音，选项 A 不合理；竖直管的上端 A 应低于水面，这是因为竖直管与空气相通， 管上端 A 处的压强始终等于大气压，不受瓶内水面高低的影响
7、，因此可以得到稳定的细水柱， 选项 B 正确；只有每次从同一高度由静止释放钢球，钢球做平抛运动的初速度才相同，选项 C 错误；获得每秒 15 帧的录像就等同于做平抛运动实验时描方格图的方法，同样可以探究平抛 运动的规律，选项 D 正确。 对点训练 1(多选)如图所示，两个相同的弧形轨道 M、N，分别用于发射小铁球 P、Q，两轨道上 端分别装有电磁铁 C、D，电磁铁 E 装在与轨道 M 最低点等高处的某一水平位置。调 C、D 高 度，使 ACBD，将小铁球 P、Q、R 分别吸在电磁铁 C、D、E 上，然后同时切断 C、D 电源， P、Q 从弧形轨道滚下，当小球 P 运动到圆弧末端时由装置切断 E
8、 电源，小球 R 开始下落，改 变弧形轨道 M 的高度以及电磁铁 E 的位置，再进行若干次调整，经过多次实验发现，P、Q、 R 三球同时在水平面相撞。下列说法和做法正确的是( ABC ) A实验说明小铁球 P 离开轨道做平抛运动的竖直方向的分运动是自由落体运动 B实验说明小铁球 P 离开轨道做平抛运动的水平方向的分运动是匀速直线运动 C若实验时发现小铁球 P、R 在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球 Q，为了三球同 时相撞，可以适当将电磁铁 E 向右移动一些 D若实验时发现小铁球 P、R 在空中相撞而不能同时击中水平的小铁球 Q，为了三球同 时相撞，可以适当将电磁铁 E 向左移动一些 解析：P
9、 和 R 同时落地说明选项 A 正确；P 和 Q 同时在水平面相撞说明选项 B 正确；P 和 R 在空中相撞说明电磁铁 E 离轨道 M 近了，应将电磁铁向右移动一些，故选项 C 正确，D 错误。 考点 实验数据处理 典例剖析 典题 2 为了探究做平抛运动的物体在竖直方向上的运 动规律，某同学设计了下面一个实验：如图所示，OD 为一竖直木板，小球从斜槽上挡板 处由静止开始运动，离开 O 点后做平抛运动，右侧用一束平行光照射小球的运动，小球在运 动过程中，便在木板上留下影子。如图是用频闪照相机拍摄的小球在运动过程中的位置以及 在木板上留下的影子的位置，图中 A、B、C、D 等点即影子的位置。现测得
10、各点到 O 点的距 离分别为 5.0 cm、19.8 cm、44.0 cm、78.6 cm。试根据影子的运动讨论物体在竖直方向上的运 动情况。(已知照相机的闪光频率为 10 Hz)。 思路引导：解答本题应注意以下两点： (1)频闪照相的时间间隔是相等的。 (2)利用 yaT2求自由落体运动的加速度。 解析：小球运动过程中在木板上留下的影子反映了小球在竖直方向上的运动情况。 照相机的闪光周期 T0.1 s。 影子在每一个闪光时间内的位移分别是 y15 cm、 y214.8 cm、 y324.2 cm、 y434.6 cm。 根据逐差法可求影子运动的加速度。 y3y12a1T2，y4y22a2T2
11、， 所以 aa1a2 2 y3y4y1y2 4T2 ， 代入数据解得 a9.75 m/s2。 对点训练 2(2020 陕西省榆林高一下学期期中)某物理兴趣小组在探究平抛运动的规律实验时，将 小球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到了如图所示的照片，已知每个小 方格边长 9.8 cm，当地的重力加速度为 g9.8 m/s2。 (1)若以拍摄的第一点为坐标原点，水平向右和竖直向下为正方向，则没有被拍摄到的小 球位置坐标为_(58.8_cm,58.8_cm)_。 (2)小球平抛的初速度大小为_1.96_m/s_。 解析：由 ygT2 得 T0.1 s v0 x T 1.96 m/s 又 y4y33y58.8 cm x4v0 3T58.8 cm
