高考物理 探究平抛运动的特点知识和经典试题解析

问题1：什么是平抛运动？答：生活中，将物体沿某一方向抛出，如果空气阻力的影响可以忽略，物体只在重力作用下的运动叫做抛体运动。如图所示被投出的篮球、实心球的运动，人跳远时在空中的运动等，忽略阻力的影响后都可以看做抛体运动。平抛运动是抛体运动的一种。若抛出时物体的速度沿水平方向，这样的抛体运动叫做平抛运动。如图中所示，在忽略阻力的条件下几个物体的运动可以都可以看作平抛运动。问题2：关于平抛运动的特点，我们具有哪些生活经验？答：如图所示，在阻力影响可以忽略的情况下，水平放置的水管中流出的水在空中的运动也可以看作平抛运动。观察水流在空中的形状可以明确平抛运动是曲线运动。对水流进行仔细观察，还会有这样的发现：离出水口越远，水流越细。水的流量Q定义为单位时间内流过的水的体积，根据流量的定义可知水的流量、流速和水流的横截面积之间满足关系Q

=

Sv离出水口越远水流越细说明离出水口越远水流的速度越大，即物体做平抛运动时速度是逐渐增大的。根据上述生活经验得出的这一规律是否具有普遍性还需要更多的实验证据，因此我们需要利用实验记录更多物体做平抛运动的轨迹，并深入探究平抛运动的特点。问题3：如何获取物体做平抛运动的物体的运动轨迹？答：方案1—频闪照片。利用频闪照片相机或者手机连拍功能拍摄小球做平抛运动的照片，处理后的照片如图所示。用平滑的曲线连接小球运动的不同位置，可以得到小球运动的轨迹。方案2—利用如图所示的装置也可以得到平抛运动的轨迹。实验时，将白纸和复写纸固定在装置的背板上。钢球做平抛运动落到倾斜的挡板上后，挤压复写纸在白纸上留下印迹。上下调节挡板N进行多次实验，记录钢球经过的多个位置。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。问题4：如何利用小球做平抛运动的频闪照片探究平抛运动的特点？答：方案1中，由于频闪照片的闪光频率是定值，因此图中相邻两个位置之间的时间相同。观察图像可以发现，相邻两个位置间距离逐渐增大，可以得出平抛运动的速度大小逐渐增大。这与水流做平抛运动时得到的结论是一致的。利用运动的合成与分解进一步探究平抛运动的特点的过程如下：选择小球运动的初始位置为坐标原点建立直角坐标系xOy，将小球经过的不同位置时的位移往水平方向和竖直方向进行投影，如图所示。测量相邻两个位置间的水平距离x1，x2，x3，x4……；竖直距离y1，y2，y3，y4…，根据测量得到的数据可以发现相邻两个位置间水平方向的距离相同，说明小球在水平方向上的分运动是匀速直线运动；相邻两个位置间竖直方向的距离逐渐增大，且增加量约为一个常数，说明竖直方向的分运动是匀变速直线运动。如果给出小球的实际直径和照片中小球直径的比例关系，还可以通过计算进一步发现小球在竖直方向上的加速度近似等于g，结合小球平抛时初速度方向沿水平方向，因此小球在竖直方向上的初速度为0，由此可以推测小球在竖直方向上的分运动是自由落体运动。问题5：如何利用其它实验验证上述结论具有普遍性？答：验证上述结论是否具有普遍性，可以通过如图所示的实验。左图中的实验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。观察发现，两球同时落地。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，发现两个小球总是同时落地。这一实验现象说明平抛运动的小球在竖直方向的分运动是自由落体运动。右图中的实验使电磁铁Ｃ和Ｄ分别相对各自轨道出口水平线处于相同高度．把两个钢球分别吸在电磁铁C、Ｄ上。切断电源，两个钢球将以相同的初速度同时水平射出。不考虑阻力的影响，C球的运动可看作平抛运动，D球的运动可看作匀速直线运动。实验结果表明只要保持高度相同，C球和D球总是能撞在一起。这一实验现象说明“做平抛运动的物体其在水平方向上的分运动是匀速直线运动”。问题6：如何利用图中所示装置中获得的平抛运动轨迹探究平抛运动的特点？答：利用图中装置得到的轨迹探究平抛运动的特点，首先要以抛出点为坐标原点建立直角坐标系，而接下来的难点在于如何在轨迹上找到时间间隔相等的位置。也正因如此利用此种方案探究平抛运动的特点必须与其他实验相结合。如果已经经由其他实验证明平抛运动在竖直方向是自由落体运动，可以利用自由落体运动在相等时间间隔内的位移之比为1:3:5…找到这些位置，然后测量这些位置中相邻两个位置在水平方向上的距离。通过发现这些距离在误差允许的范围内近似相等，就可以确定平抛运动在水平方向的运动是匀速直线运动。如果已经经由其他实验证明平抛运动在水平方向是匀速直线运动，则可以在轨迹上从出发点开始取水平方向上距离相等的若干点，然后测量这些点中相邻两点在竖直方向上的距离，通过判断从出发点开始，相邻两点间在竖直方向上距离之比是否满足1:3:5…来验证平抛运动在竖直方向是否为自由落体运动。问题7：是否还有其他实验方案可以探究平抛运动的特点？答：如图所示，利用位移传感器和电脑可以描绘物体平抛运动的轨迹。用此种方案探究平抛运动的特点时，可以直接利用位移传感器采集到x、y方向位移的数据和采集频率等信息结合Exel软件分别研究平