5.3实验探究平抛运动的特点高一元创物理提前学强基础（原卷版）

3实验：探究平抛运动的特点核心目标1.知道平抛运动研究方法，掌握描迹法、频闪照相法，会描绘平抛运动的轨迹，会判断轨迹是不是抛物线，2.了解获取及处理数据的方法，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。【阅读+理解】提前学知识要点问题以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动。如果初速度是沿水平方向的，这样的抛体运动就叫作平抛运动。下面我们通过实验来探究物体做平抛运动的特点。1.实验思路平抛运动的轨迹是曲线，比直线运动复杂。我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动特点。大家可能会想到，平抛运动可以看作是在竖直方向的分运动和水平方向的分运动的合运动。如果这两个分运动研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了。2.进行实验为了研究平抛运动的特点，我们应该想办法把运动物体的位置随时间变化的信息记录下来。比如，用频闪照相的方法，记录物体在不同时刻的位置。当然也可以用别的方法记录信息，开展研究。如图是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小球每隔相等的时间的位置图。以左边第一个小球的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，将各球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表格中。3.数据分析根据所记录的数据，以及相邻小球时间间隔相等的特点，分析小球在水平方向分运动的特点。然后再按照这个办法，分析小球在竖直方向分运动的特点。4.参考案例步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点在如图所示的实验中，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，自由下落，做自由落体运动。A、B两球同时开始运动。观察两球的运动轨迹，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，记录实验现象有什么变化。从这个实验看，平抛运动在竖直方向的分运动是什么运动？步骤2：探究平抛运动水平方向分运动的特点如果我们能够得到平抛运动的轨迹，利用前面探究得出的平抛运动竖直分运动的特点，就可以分析得出平抛运动在水平方向分运动的特点。在下图所示的装置中，斜槽M末端水平。钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板N，钢球飞出后，落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。上下调节挡板N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。最后，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。根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，设法确定“相等的时间间隔”。再看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。拓展学习：用传感器和计算机描绘物体做平抛运动的轨迹用传感器和计算机可以方便地描出做平抛运动的物体的轨迹。一种设计原理如下左图所示。物体A在做平抛运动，它能够在竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲。在它运动的平面内安放着超声—红外接收装置B。B盒装有B1、B2两个超声—红外接收器，并与计算机相连。B1、B2各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差，并由此算出它们各自与物体A的距离。从如下左图可以看出，在这两个距离确定之后，由于B1、B2两处的距离是已知的，所以物体A的位置也就确定了。计算机可以即时给出A的坐标。如下中图是按这样的原理制作的一种实验装置（超声—红外接收装置B的安装位置与如下左图不同）。如下右图图是某次实验中计算机描出的平抛运动的轨迹。除此之外，计算机还能直接给出平抛运动的初速度等其他物理量。【理解+记忆】常思考笔记重点一、实验思路1.沿方向以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受力的作用，这时的运动叫做平抛运动．2.按照运动的合成与分解原理，可以把平抛运动看成竖直方向和水平方向两个分运动的合运动．用法记录做平抛运动物体的位置，获得轨迹，分别研究物体在这两个方向的运动特点，即可探究其运动特点。二、实验器材斜槽、钢球、白纸、复写纸、铅垂线、铅笔、平抛铁架台(有背板及水平放置的可上下调节的挡板)．三、实验步骤1.安装调整（1）将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，轨道末端水平．（2）用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到位置，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，利用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（1）将小球从斜槽上某一位置由静止滚下，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某一x值处的y值．（2）让小球由位置自由滚下，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．（3）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曲线连起来，即得到小球平抛运动轨迹．【例题+解析】当检测深究错题1.小明同学在做“探究平抛运动规律”的实验(1)除了平板、小球、弧形斜槽、铅笔、图钉之外，还需要下列的两项器材是________．A.重垂线 B.秒表C.坐标纸 D.天平E.弹簧测力计(2)在实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹．为了能较准确地描绘运动轨迹，①通过调节使斜槽的末端保持________(填“水平”或“倾斜”)．②每次释放小球的位置应________(填“相同”或“不同”)．③每次应由________(填“运动”或“静止”)释放小球．④小球运动时不与木板上的白纸相接触．⑤将球的位置记录在纸上后，取下纸，将点连成平滑的曲线．2.（2022广东省十五校联盟高一（下）第一次联考）在“探究平抛运动特点”实验中：（1）如图甲所示，横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端时___________（填选项前的字母）；A．球心B．球的上端C．球的下端（2）在此实验中，下列说法正确的是___________（填选项前的字母）；A．斜槽轨道必须光滑B．记录的点应适当多一些C．用平滑曲线把所有的点连接起来D．y轴的方向根据铅垂线确定（3）利用此装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片如图乙所示，由照片可以判断实验操作错误的是___________（填选项前的字母）；A．释放小球时初速度不为零B．释放小球的初始位置不同C．斜槽末端切线不水平（4）如图丙所示，是研究小球做平抛运动过程中所得到的运动轨迹，某同学忘了记录平抛运动的起始点，于是他在平抛运动轨迹上选出一点为坐标原点，沿竖直方向建立y轴，垂直y轴方向建立x轴。已知轨迹上A点的坐标：，，B点的坐标：，，若g取，则小球平抛的初速度大小为___________m/s，小球经B点时的竖直分速度的大小为___________m/s。（计算结果保留两位有效数字）【作业+练习】强基础提升能力【作业】1.某同学设计了一个探究平抛运动特点的家庭实验装置，如图所示。在水平桌面上放置一个斜面，每次都让钢球从斜面上的同一位置滚下，滚过桌边后钢球便做平抛运动。在钢球抛出后经过的地方水平放置一块木板（还有一个用来调节木板高度的支架，图中未画），木板上放一张白纸，白纸上有复写纸，这样便能记录钢球在白纸上的落点。已知平抛运动在竖直方向上的运动规律与自由落体运动相同，在此前提下，怎样探究钢球水平分速度的特点？请指出需要的器材，说明实验步骤。2.某同学为了省去上图中的水平木板，把第1题中的实验方案作了改变。他把桌子搬到墙的附近，把白纸和复写纸附在墙上，使从水平桌面上滚下的钢球能打在墙上，从而记录钢球的落点。改变桌子和墙的距离，就可以得到多组数据。如果采用这种方案，应该收集哪些数据并如何处理这些数据？3.某同学目测桌子高度大约为0.8m，他使小球沿桌面水平飞出，用数码相机拍摄小球做平抛运动的录像（每秒25帧）。如果这位同学采用逐帧分析的办法，保存并打印各帧的画面。他大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？4.小刚同学通过实验，得到了某物体在Oxy平面上运动的一条运动轨迹，如图5.38平面直角坐标系中的OP曲线所示。他根据物体运动轨迹的特点作出了猜想：如果物体在y方向做匀速直线运动，那么物体在x方向必定做匀加速直线运动。小刚同学的猜想是否成立？作图并给出你的分析过程。【作业参考答案】【练习】1．（2021·浙江高一月考）为了探究平抛运动的规律。老师做了如图所示演示实验，来说明平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开自由下落。关于该实验，下列说法正确的有（）A．所用两球的质量必须相等B．只做一次实验发现两球同时落地，即可以得到实验结论C．应改变装置的高度多次实验D．本实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动2．（2021·平顶山一中新区高级中学高一）利用如图所示装置探究平抛运动的规律，两个相同的弧形轨道M、N位于同一竖直面内，N轨道的末端与光滑水平面相切，两个相同的小球P、Q从轨道M、N上由静止释放，P从M轨道的末端水平抛出，Q从N轨道末端向右匀速运动。下列说法正确的是（）A．该装置可以研究P抛出后水平方向的运动规律B．该装置可以研究P抛出后竖直方向的运动规律C．P、Q的释放点距M、N轨道末端的高度可以不同D．只做一次实验，发现两球相撞即可得到P球在水平方向做匀速运动3.研究平抛物体的运动在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，初速度水平C.保证小球在空中运动的时间每次都相等D.保证小球运动的轨道是一条抛物线4．用如图所示装置做“研究平拋运动”实验时，为保证小球从斜槽末端水平拋出，下列说法不正确的是（）A．减小斜槽的粗糙程度B．使斜槽末端切线水平C．每次由静止释放小球D．每次从同一位置释放小球5.在“探究平抛运动的运动规律”的实验中，可以描绘出小球平抛运动的轨迹，实验简要步骤如下：A.让小球多次从________________滚下，记下小球碰到铅笔笔尖的一系列位置；B.安装好器材，注意_________________________________________________________，记下平抛初位置O点和过O点的竖直线；C.取下白纸，以O点为原点，以竖直线为y轴建立坐标系，用平滑曲线画平抛运动物体的轨迹．(1)完成上述步骤，将正确的答案填在横线上．(2)上述实验步骤的合理顺序是________．6.如图所示为喷出细水流的数码相片，照片中刻度尺的最小刻度为毫米，细水流是水平喷出的，试根据该照片研究：(1)已知水流做平抛运动的水平分运动是匀速直线运动，找出研究其竖直分运动的方法，并证明竖直分运动是自由落体运动；(2)若g取10m/s2，试求水流喷出的速度．7.如图所示，是利用闪光照相研究平抛运动的示意图．小球A由斜槽滚下，从桌边缘水平抛出，当它恰好离开桌边缘时，小球B也同时下落，现将闪光频率为10Hz的闪光器拍摄的四张照片重叠在一起，照片上小球间的距离已在图中标出，两球恰在位置4相碰．则A球从离开桌面到和B球碰撞时经过的时间为______s，A球离开桌面的速度为________m/s.(g＝10m/s2)8.在做“研究平抛物体的运动”实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹．(1)为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项填在横线上________．A.通过调节使斜槽末端的切线保持水平B.实验所用斜槽的轨道必须是光滑的C.每次必须由静止释放小球，而释放小球的位置始终相同D.将球的位置标在纸上后，取下纸，用直尺将点连成折线(2)某同学在做实验时，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝10cm，若小球在平抛运动途中的几个位置如图所示的a、b、c、d，则小球平抛的初速度为v0＝________m/s，小球过b点时速度的大小为________m/s.(g取10m/s2)9.用频闪照相技术拍下的两小球运动的频闪照片如图所示．拍摄时，光源的频闪频率为10Hz，a球从A点水平抛出的同时，b球自B点开始下落，背景的小方格为相同的正方形．重力加速度g取10m/s2，不计阻力．(1)根据照片显示的信息，下列说法中正确的是________．A.只能确定b球的运动是自由落体运动B.不能确定a球沿竖直方向的运动是自由落体运动C.只能确定a球沿水平方向的运动是匀速直线运动D.可以断定a球的运动是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成(2)根据照片信息可求出a球的水平速度大小为________m/s；当a球