新教材同步系列2024春高中物理第五章抛体运动3实验：探究平抛运动的特点课件新人教版必修第二册

第五章抛体运动3实验：探究平抛运动的特点学习目标学法指导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1.结合生活中的实例，理解抛体运动和平拋运动的概念2．通过观察频闪照片，分析、猜想平抛运动是水平和竖直两个方向分运动的合运动3．通过测量数据探究平抛运动水平方向和竖直方向分运动的特点和规律知识导图课前·

自主预习1．抛体运动以一定的_______将物体抛出，在__________可以忽略的情况下，物体只在________作用下的运动．2．平抛运动初速度沿__________方向的抛体运动．抛体运动和平抛运动速度空气阻力重力水平不考虑空气阻力，掷出的石子的运动是平抛运动吗？为什么？【答案】不一定．因为石子不一定水平掷出．一、实验目的1．描出平抛运动物体的轨迹．2．探究平抛运动水平方向和竖直方向的分运动特点．二、实验思路将平抛运动分解为水平方向和竖直方向的两个分运动，先运用平抛竖落仪探究竖直分运动的特点，再通过分析相同时间内水平分运动的位移，确定水平分运动的特点．探究平抛运动的特点三、实验器材1．平抛竖落仪．2．斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．四、实验步骤探究1探究平抛运动竖直分运动的特点(1)用小锤击打弹性金属片，A球水平抛出，B球自由落下．(2)观察两球的运动轨迹并比较两球落地时间．若只听到一次声响，说明两球同时落地．(3)改变高度和打击力度，多次重复进行实验．(4)分析实验现象得出结论：平抛运动竖直方向的分运动是自由落体运动．探究2探究平抛运动水平分运动的特点(1)按图甲所示安装实验装置，使小球在斜槽末端点恰好静止．(2)以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴．(3)使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点．(6)分析得出结论：平抛运动的水平分运动是匀速直线运动．(7)结论：平抛运动是水平方向匀速直线运动和竖直方向自由落体运动的合运动．(4)将白纸从木板上取下，从O点开始通过画出的若干点描出一条平滑的曲线，如图乙所示．(5)利用竖直方向自由落体运动相同时间位移比为1∶3∶5，确定相等的时间间隔，看水平分运动的位移．五、数据处理1．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线：在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3…向下作垂线，垂线与抛体轨迹的交点记为M1、M2、M3…用刻度尺测量各点的坐标(x，y).(1)代数计算法：将某点(如M3点)的坐标(x，y)代入y＝ax2求出常数a，再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明描绘得出的曲线为抛物线．(2)图像法：建立y－x2坐标系，根据所测量的各个点的x坐标值计算出对应的x2值，在坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，若大致在一条直线上，则说明平抛运动的轨迹是抛物线．课堂·

重难探究例1

(多选)为了验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，用如图所示的装置进行实验．小锤击打弹性金属片，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．两球的质量应相等B．两球应同时落地C．应改变装置的高度，多次实验D．实验也能说明A球在水平方向上做匀速直线运动应用“对比法”探究竖直分运动【答案】BC【解析】物体做自由落体运动的运动情况与物体的质量无关，两球质量没有必要相等，A错误；改变装置的高度，且每次都同时落地，才能说明A球在竖直方向做自由落体运动，B、C正确；本实验不能说明A球在水平方向上做匀速直线运动，D错误．变式1

(2023年江门一中月考)如图是某种“研究平抛运动”的实验装置，斜槽末端口N与小球离地面的高度均为H，实验时，当小球P从斜槽末端飞出与挡片相碰，立即断开电路使电磁铁释放Q小球，发现两小球同时落地，改变H大小，重复实验，P、Q仍同时落地．(1)关于实验条件的说法正确的有________．A．斜槽轨道必须光滑B．斜槽轨道末段N端必须水平C．P小球可以从斜槽上不同的位置无初速度释放D．P小球每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放(2)该实验结果可表明________．A．两小球落地速度的大小相同B．P小球在水平方向的分运动是匀速直线运动C．P小球在竖直方向的分运动是匀速直线运动D．P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同【答案】(1)BC

(2)D【解析】(1)斜槽轨道光滑与否对实验没有影响，A错误；为了保证小球离开斜槽末端时的初速度的方向是水平方向，故斜槽轨道末段N端必须水平，B正确；本实验只验证平抛运动的小球竖直方向的分运动，不需要每次水平初速度相同，所以小球可以在不同位置释放，C正确，D错误．(2)该实验结果可表明P小球在竖直方向的分运动与Q小球的运动相同，即P小球在竖直方向的分运动为自由落体运动．故D正确．例2

小芳和小强两位同学采用了不同的实验方案来研究平抛运动．(1)小芳同学利用如图甲所示的装置进行实验．下列说法正确的是________．A．应使小球每次从斜槽上同一位置由静止释放B．斜槽轨道必须光滑C．斜槽轨道的末端必须保持水平D．本实验必需的器材，还有刻度尺和停表描绘平抛运动的轨迹甲(2)小强同学利用频闪照相的方式研究平抛运动．如图乙为一小球做平抛运动的频闪照片的一部分．图中背景方格的边长均为5.0cm，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2.则照相机两次闪光的时间间隔Δt＝______s，小球被抛出时的水平速度v＝______m/s.(结果均保留两位有效数字)解：(1)为使小球做平抛运动的初速度相等，应使小球每次从斜槽上同一位置由静止释放，A正确；只要每次把小球从轨道同一位置由静止释放即可保证小球的初速度相等，斜槽轨道没有必要光滑，B错误；为使小球离开斜槽后做平抛运动，斜槽轨道的末端必须保持水平，C正确；本实验不需要用秒表测量时间，D错误．变式2

某同学利用如图所示实验装置绘制小球做平抛运动的轨迹，关于此实验，下列说法错误的是 (

)A．斜槽轨道必须光滑且末端沿水平方向B．小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下C．为较准确地绘出小球的运动轨迹，记录的点应适当多一些D．为较准确地绘出小球的运动轨迹，应该用平滑曲线把各记录点连起来【答案】A【解析】为确保小球做平抛运动，斜槽轨道末端必须沿水平方向，只要小球每次从斜槽上同一位置自由滑下，到斜槽轨道末端速率相等即可，不必光滑，故A错误，符合题意；为确保小球每次做平抛运动的轨迹重合，小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下，故B正确，不符合题意；为了减小误差，能够较准确地绘出小球运动的轨迹，记录的点应适当多一些，并用平滑曲线把各记录点连起来，故C、D正确，不符合题意．例3两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：实验创新设计(1)小明采用如图甲所示的装置．用小锤击打弹性金属片，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．改变小锤击打的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明______________________________．(2)李帅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M、N的末端均水平，且与N相切的水平板光滑，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在轨道末端的水平初速度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，使两小球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的末端射出．实验中观察到的现象是________________．仅仅改变弧形轨道M距离轨道N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)平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动(2)P球击中Q球平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动【解析】(1)图甲所示的装置是通过实验来验证平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动．现象为两球同时落地，说明平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动．(2)图乙所示的装置是通过实验来验证平抛运动的小球在水平方向上做匀速直线运动．现象为P球击中Q球，说明平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动．变式3

某兴趣小组用频闪照相机拍摄小石子平抛运动的频闪照片，照片背景为一堵贴近小石子的竖直砖墙，如图所示，已知当地重力加速度为g，该同学根据所学平抛运动的知识，求出频闪照片的拍摄周期和小石子的水平初速度．(1)他已经测出砖块的长度为a，还需要测量哪个数据____________．(写出测量的物理量及其物理符号)(2)B点竖直方向的速度vBy＝________．(用题设条件和测量的物理量的符号表示)(3)照相机频闪周期T＝________，小石子水平初速度v0＝________.(用题设条件和测量的物理量的符号表示)解：(1)因为已经测出了每块砖的长度a，根据题设条件求周期与初速度就还需要测出每块砖的厚度h.(2)根据在竖直方向上做匀变速直线运动得3h－2h＝gT2，(1)通过对比平抛运动和自由落体运动在相同高度条件下的时间，得出平抛运动的竖直分运动为自由落体运动．(2)通过对比平抛运动和匀速直线运动相同时间段的水平位移，得出平抛运动水平分运动为匀速直线运动．小练·

随堂巩固1．(2023年杭州名校期末)在操场上把一铅球A以速度v0水平抛出(不计空气阻力)，当太阳光沿竖直方向照射时，A在地面上形成的影子是A′，在球落地前的过程中，其影子A′所做的运动是 (

)A．加速运动 B．减速运动C．匀速运动 D．不能确定【答案】C【解析】平抛运动竖直方向上做自由落体运动，水平方向上做匀速直线运动，根据图形可知，当太阳沿竖直方向照射时，A在地面上形成的影子A′反映了平抛运动水平方向上的运动，即影子A′所做的运动是匀速直线运动，故选C．2．某物理实验小组采用如图所示的装置研究平抛运动．每次都将小球从斜槽的同一位置无初速度释放，并从斜槽末端水平飞出．改变水平挡板的高度，就改变了小球在板上落点的位置，从而可描绘出小球的运动轨迹．某同学设想小球先后三次做平抛运动，将水平挡板依次放在1、2、3的位置，且1与2的间距等于2与3的间距．若三次实验中，小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3，忽略空气阻力的影响，下面分析正确的是 (

)A．x2－x1＝x3－x2B．x2－x1<x3－x2C．x2－x1>x3－x2D．无法判断【答案】C【解析】因为平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，下落的速度越来越快，则下落相等位移的时间越来越短，水平方向上做匀速直线运动，所以x2－x1>x3－x2，故C