人教版高中物理新教材同步讲义必修第二册 第5章 3　实验：探究平抛运动的特点（含解析）

3实验：探究平抛运动的特点[学习目标]1.知道什么样的运动是抛体运动.2.知道平抛运动的特点，会用运动分解的方法分析两个分运动.3.会设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，会描绘平抛运动的轨迹．一、抛体运动和平抛运动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．二、实验：探究平抛运动的特点1．实验思路(1)基本思路：根据运动的分解，把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动，分别研究物体在这两个方向的运动特点．(2)平抛运动的分解：可以尝试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．2．进行实验方案一：频闪照相(或录制视频)的方法(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T2T3T4T5T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：分别研究水平和竖直方向分运动规律步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点(1)如图所示，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，比较它们落地时间的先后．(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度(即改变A球的初速度)，发现两球仍同时落地，说明平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动．步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点(1)装置和实验①如图所示，安装实验装置，使斜槽M末端水平，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(选填“同一”或“不同”)位置由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置．④以斜槽水平末端端口处钢球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．⑤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．⑥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．⑦结论：平抛运动在相等时间内水平方向位移相等，平抛运动水平方向为匀速直线运动．(2)注意事项①实验中必须调整斜槽末端水平，使小球做平抛运动(调节方法：将小球放在斜槽末端水平部分，若小球静止，则斜槽末端水平)．②背板必须处于竖直面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直．③小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放，这样可以使小球每次的轨迹相同．④坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时小球球心在背板上的投影点．⑤小球开始滚下的位置高度要适中，以使小球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜．例1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，也不需要配备铅垂线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，但需要配备铅垂线，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．针对训练如图是实验室内研究平抛运动的装置．该实验中，让小球多次从斜槽上由静止滚下，在白纸上依次记下小球的位置，同学甲和同学乙得到的记录纸分别如图甲、乙所示，从图中明显看出甲的实验错误是______________，乙的实验错误是_________________________．答案斜槽末端不水平每次由静止释放小球的位置不同解析用平滑曲线描绘出小球的运动轨迹，题图甲中小球的初速度明显不沿水平方向，故可推知斜槽末端不水平．题图乙中描绘的点零乱，难以形成一条平滑曲线，可推知初速度不是每次都相同，即每次由静止释放小球的位置不同．例2(2021·杭州市北斗联盟期中)两个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)甲同学采用如图甲所示的装置，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)乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形光滑轨道M、N，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)P球落地时刚好和Q球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，小球P做平抛运动，小球Q沿水平方向做匀速直线运动，可以看到P球落地时刚好和Q球相遇；当改变弧形轨道M的高度时，两小球仍能相遇，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．例3用频闪照相法探究平抛运动的特点，如图所示，记录了物体在不同时刻的位置，已知频闪周期一定，如果把平抛运动分解为水平运动和竖直运动，观察图片可知：(1)物体在水平方向上做________运动，在竖直方向上做_______运动，并说明理由：_________.(2)图中a点________(选填“是”或“不是”)抛出点，请说明理由：_____________.答案(1)匀速直线匀加速直线理由见解析(2)不是理由见解析解析(1)记录物体位置的a、b、c、d相邻两点间的水平距离均相等，为两个小格，即水平方向上在相同时间内发生的位移相等，故物体在水平方向上做匀速直线运动；相邻两点间