【高中物理】实验：研究平抛运动的特点 2023-2024学年高一下物理人教版（2019）必修第二册

5.3

实验：探究平抛运动的特点

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平抛运动。如何用实验来研究平抛运动在这两个方向上运动的特点？思考：平抛运动的轨迹是曲线，比较复杂。如果我们能把这个复杂的曲线运动分解为两个相对简单的、我们比较熟悉的直线运动，或许就能找到平抛运动的特点。思路：沿竖直方向和水平方向分解。根据对平抛物体的受力分析，你对物体在水平方向和竖直方向的运动规律有怎样的猜想？方案一：描轨迹法实验原理1.利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹。2.建立坐标系，探究轨迹上各点的y坐标与x坐标间的关系，寻找函数关系。斜槽、小球、木板、白纸（坐标纸）、图钉、铅垂线、刻度尺、铅笔等。实验器材1.调整木板竖直（利用重锤线）2.调节斜槽末端水平3.安装白纸和复写纸4.确定坐标轴：小球在斜槽末端时，小球球心在白纸上的投影为原点5.确定小球的释放点：同一组实验应使小球在同一位置释放6.描绘运动轨迹：挡板在不同高度时记录小球撞击点（也可以用铅笔记录小球下落过程中的位置），用平滑的曲线连接。

取下白纸，以O点为原点画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴，用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。在竖直方向由原点（抛出点）开始连续截取四段位移OE、OF、OG、OH分别为h、4h、9h、16h。在轨迹曲线上找到相对应的位置，并在水平方向上标出对应的点，并测量四段位移OA、AB、BC、CD的长度。X4X3X2X1yh5h3h7hxO说明：平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。实验中必须调整斜槽末端的切线水平。方木板必须处于竖直平面内。小球每次必须从斜槽上同一位置滚下。坐标原点不是槽口的端点,应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。注意事项安装斜槽时,其末端切线不水平,导致小球离开斜槽后不做平抛运动。建立坐标系时,坐标原点的位置确定不准确,导致轨迹上各点的坐标不准确。小球每次自由滚下时起始位置不完全相同,导致轨迹出现误差。确定小球运动的位置时不准确,会导致误差。量取轨迹上各点坐标时不准确,会导致误差。误差分析方案二：频闪照相法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。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。探究平抛运动的特点，还可以采用喷水法、传感器法等，通过轨迹来研究，其实我们还可以单独探究平抛运动的水平分运动，或者竖直分运动的特点：探究平抛运动竖直分运动的特点在如图5.3-2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？两个小球总是同时着地，竖直方向运动情况相同。所以平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动。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。平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动。我们看到，同一高度开始运动的两个小球总能相撞，说明相同时间内水平方向的位移是相等的。例题：(多选)在研究平抛运动的实验中，某小组所用的实验装置和采集到的频闪照片如图所示，其中A球做平抛运动，B球做自由落体运动。观察照片中A球和B球在任一时刻的高度，以及相同时间间隔内A球在水平方向的位移，可以发现下列说法不正确的是（）A．A球在竖直方向做自由落体运动B．A在水平方向做匀速直线运动C．两球落地时间相同D．B球先落地B例题：如图所示，在研究物体做平抛运动时，让小球A沿曲面轨道滚下，离开轨道末端时（末端水平，小球A离开轨道时和小球B在同一高度），撞开接触式开关S（开关对小球的作用力可忽略不计），被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。多次改变整个装置的高度H重复上述实验，发现A、B两球总是同时落地。该实验现象说