5.3 实验：探究平抛运动的特点（解析版）-高一物理同步讲义（人教版）

5.3探究平抛运动的特点一、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、实验目的探究物体做平抛运动的特点，即物体的速度和位移随时间的变化关系．三、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．四、进行实验方案一：频闪照相(或视频录制)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1所示)；图1(2)以抛出点为原点，建立直角坐标系；(3)通过频闪照片描出物体经过相等时间间隔所到达的位置；(4)测量出经过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图2(1)如图2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，听它们落地的声音．(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3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．图3(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，使小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小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的切线水平，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．【经典例题1】（安徽省合肥市第十一中学2019-2020学年高一（下）期末考试物理试题）如图，是“研究平抛物体运动”的实验装置图，通过描点画出平抛小球的运动轨迹。(1)以下是实验过程中的一些做法，其中合理的有_____。A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平B．木板必须保持竖直C．每次小球应从同一高度由静止释放D．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接(2)实验得到平抛小球的运动轨迹，在轨迹上取一些点，以平拋起点为坐标原点，测量它们的水平坐标和竖直坐标，图中图像能说明平抛小球运动轨迹为抛物线的是_____。A．B．C．D．(3)下图是某同学根据实验画出平抛小球的运动轨迹，为平抛的起点，在轨迹上任取三点、、，测得点坐标，为，两点水平间距为。则平抛小球的初速度为_____，若点的竖直坐标为，则小球在点的速度为_____。（结果保留两位有效数字，取）【答案】(1).ABC(2).A(3).1.0(4).1.4【解析】【分析】【详解】(1)[1]A．因平抛运动初速度是水平方向的，所以斜槽轨道末端应保持水平。故A正确；B．为了能够较准确描述平抛运动轨迹，木板应保持竖直。故B正确；C．为了每次平抛运动轨迹相同，小球做平抛运动初速度应该相同，所以每次小球应从同一高度由静止释放。故C正确；D．为描出小球的运动轨迹，描绘的点应用平滑曲线连接，故D错误。故选ABC。(2)[2]由平抛运动水平位移、竖直位移，可得可知图像应该是一条倾斜的直线。故BCD错误，A正确。故选A。(3)[3]由平抛运动运动规律，可得[4]由平抛运动运动规律【变式训练1】（西藏拉萨市第二高级中学2019-2020学年高一（下）期末测试物理试题）13.在研究“平抛运动”实验中，(1)图1是横档条，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的_______．A.球心B.球的上端C.球的下端在此实验中，下列说法正确是________．A.斜槽轨道必须光滑B.记录的点应适当多一些C.用光滑曲线把所有的点连接起来D.y轴的方向根据重垂线确定（2）图2是利用图1装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可以判断实验操作错误的是____．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（3）图3是利用稳定的细水柱显示平抛运动轨迹的装置，其中正确的是_______．【答案】(1).B(2).BD(3).C(4).B【解析】【分析】【详解】（1）题干中指出用铅笔标注小球的最高点作为小球轨迹的记录点.所以坐标原点也应选为球的最高点即球的上端.故选B;斜槽轨道不必光滑，A错.记录点适当多一点，以便更准确的描出平抛轨迹.；B对.为比较准确地描出小球运动的轨迹.将这些点平滑连接起来，C错，用中垂线确定Y轴坐标，D对．故选BD（2）由图可知，小球做斜抛运动.所以斜槽末端没有水平放置，选C．（3）竖直管内与大气相通，为外界大气压强，竖直管在水面下保证竖直管上出口处的压强为大气压强，因而另一出水管的上端口处压强与竖直管上出水口处的压强有恒定的压强差，保证另一出水管出水压强恒定，从而水速也恒定，如果竖直管上出口在水面上，则水面上为恒定大气压，因而随水面下降，出水管上口压强降低，出水速度减小，故选B综上所述本题答案是：(1).B(2).BD(3).C(4).B【点睛】在做平抛实验时一定要保证斜槽末端水平，这样才可以保证小球抛出时的速度是水平的，在描点连线时要注意用平滑的曲线把所有的点迹连接起来．【经典例题2】（海南省西南大学东方实验中学2019-2020学年高一（下）期末模拟物理试题）14.“探究平抛运动的规律”的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，在方格纸上建立如图所示的坐标系，小方格的边长L=6.4cm，若小球在平抛运动实验中记录了几个位置如图中的a、b、c、d、e所示．(g=10m/s2)(1)图示的几个位置中，明显有问题的是________；(2)小球平抛的初速度为________m/s;(3)小球经过位置b的速度为________m/s.【答案】(1).d(2).1.6(3).2.0【解析】(1)平抛运动的轨迹为抛物线，根据各点的位置可知d点明显不在抛物线轨迹上．(2)平抛运动水平方向可看成匀速直线运动，根据图象可知xab=xbc，再由x=v0t，可知tab=tbc，设tab=tbc=t0，平抛运动竖直方向可看成自由落体运动，由于a点不是平抛运动的初始点，所以在竖直方向上用，解得，．(3)设小球在b点的竖直分速度为v1，小球从a到c，在竖直方向上有匀变速直线运动在某段时间内的平均速度等于该段时间内时间中点的瞬时速度，即，所以小球在b点的速度．【变式训练2】（陕西省榆林市绥德县绥德中学2019-2020学年高一（下）期末模拟检测物理试题）13.（1）下列有关“探究平抛物体的运动”实验说法正确的是（）A.小球与斜槽之间必须光滑无摩擦B.安装斜槽时其末端一定要水平C.应使用密度大、体积小的金属球D.每次释放小球必须从同一高度沿斜槽滚下（2）在上面实验中同时用闪光照相方法研究平抛运动规律时，由于某种原因，只拍到了部分方格背景及小球的三个瞬时位置A、B、C（如图示）．若已知每小格的实际边长均为L=5cm．则小球做平抛运动的初速度v0=___m/s，小球经B点时的竖直分速度vBy=____m/s(g取10m/s2)．【答案】(1).BCD(2).1m/s(3).2m/s【解析】【分析】【详解】（1）A．实验中保证获得相同的初速度即可，不需要保证小球与斜槽之间必须光滑无摩擦，故A错误；B．通过调节使斜槽末端保持水平，是为了保证小球做平抛运动，所以B正确；C．为减小实验的误差，保证小球在空中平稳飞行，应使用密度大、体积小的金属球，所以C正确；

D．因为要画同一运动的轨迹，所以必须每次释放小球的位置相同，且从同一高度由静止释放，以保证获得相同的初速度，故D正确．（2）由图可知，A

、B和

B

、

C

两位置的竖直距离分别为，，A

、

B和

B

、

C

两位置的水平间距为

，小球水平方向做匀速直线运动，则小球从A到B和

到C

的运动时间相同，由于小球在竖直方向做匀加速直线运动，根据可知，，则小球抛出的初速度为：；小球在B点的竖直分速度为，根据及可得．1.（西藏拉萨市第四中学2019-2020学年高一（下）期末物理试题）13.图甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图。（1）在研究平抛运动的实验中，下列说法正确的是__________。A．必须称出小球的质量B．斜槽轨道必须是光滑的C．斜槽轨道末端可以不是水平的D．应该使小球每次从斜槽上相同位置从静止开始滑下（2）在一次实验中通过实验，记录了小球在运动途中的三个位置，如图乙所示，方格纸每个格的边长L＝5cm，则该小球做平抛运动的初速度为______m/s；B点的竖直分速度为______m/s（g＝10m/s2）。【答案】(1).D(2).1.5(3).2【解析】【分析】【详解】（1）[1]A．本实验与小球的质量无关，不需要测量小球的质量，故A错误；B．本实验要求小球每次抛出时的初速度要相同且水平，因此要求小球从同一位置静止释放，至于是否光滑没有影响，故B错误；C．实验中必须保证小球做平抛运动，而平抛运动要求有水平初速度且只受重力作用，所以斜槽轨道末端必须水平，故C错误；D．为确保小球有相同的水平初速度，所以要求从同一位置无初速度释放小球，故D正确。故选D。（2）[2]由方格纸边长可知L=5cm=0.05m，设相邻两点间的时间间隔为T，则小球在竖直方向有代入数据解得水平方向有代入数据解得[3]小球在B点，竖直方向的瞬时速度大小为2.（西藏林芝市第二高级中学2019-2020学年高一（下）期末物理试题）16.采用如图所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验（1）实验时需要下列哪个器材____A．弹簧秤B．重锤线C．打点计时器（2）做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹．下列的一些操作要求，正确的是____A．每次必须由同一位置静止释放小球B．每次必须严格地等距离下降记录小球位置C．小球运动时不应与木板上的白纸相接触D．记录的点应适当多一些（3）若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如图所示的频闪照片．在测得x1，x2，x3，x4后，需要验证的关系是________________．已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是____A．B．C．D．【答案】(1).B(2).ACD(3).(4).D【解析】【分析】【详解】（1）实验时需要重锤线来确定竖直方向，不需要弹簧秤和打点计时器，故选B.（2）实验时每次必须由同一位置静止释放小球，以保证小球到达最低点的速度相同，选项A正确；每次不一定严格地等距离下降记录小球位置，选项B错误；小球运动时不应与木板上的白纸相接触，否则会改变运动轨迹，选项C正确；记录的点应适当多一些，以减小误差，选项D正确．（3）因相邻两位置的时间间隔相同，则若小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，则满足：x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1；由小球最后一个位置与第一个位置的水平距离计算求得的水平速度误差较小，则用计算式求得的水平速度误差较小，故选D.3.（安徽省合肥市第六中学2019-2020学年高一（下）期末考试物理试题）13.用如图1所示装置研究平抛运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。(1)下列实验条件必须满足的有_____________。A.小球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放B.斜槽轨道要尽量光滑些C.斜槽轨道末端必须保持水平D.本实验必需的器材还有刻度尺和停表(2)为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的_____________（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时_____________（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行。(3)伽利略曾研究过平抛运动，他推断∶从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，只要下落高度相同，在空中飞行的时间都一样。这实际上是因为平抛物体_____________。A.在水平方向上做匀速直线运动B.在竖直方向上做自由落体运动C.在下落过程中机械能守恒【答案】(1).AC(2).球心(3).需要(4).B【解析】【分析】【详解】(1)[1]．ABC．为了能画出平抛运动轨迹，首先保证小球做的是平抛运动，所以斜槽轨道不一定要光滑，但必须是水平的。同时要让小球总是从同一位置释放，这样才能找到同一运动轨迹上的几个点；故B错误，AC正确；D．本实验必需的器材还有刻度尺，但不需要停表，选项D错误；故选AC。(2)[2][3]．将钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时需要y轴与重锤线平行；[4]．做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动，所以高度相同时时间相同；故选B。4.（广西梧州市2019-2020学年高一（下）期末考试物理试题）13.（1）在用小球、斜槽、重垂线、木板、坐标纸、图钉、铅笔做“研究平抛运动”的实验中，下列说法正确的是______A．斜槽轨道必须光滑B．斜槽轨道末短可以不水平C．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下D．要使描出的轨迹更好地反映小球的真实运动，记录的点应适当多一些（2）若某次研究平抛运动的实验中，用一张印有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L，小球在平抛运动途中的几个位置如图中的a、b、c、d所示，则小球平抛的初速度v0=__（用g，L表示），a点______（选填