实验：探究平抛运动的特点+高一下学期物理人教版必修第二册

5.3实验：探究平抛运动的特点第五章抛体运动人教版（2019）0102实验思路抛体运动和平抛运动目录03进行实验投掷标枪急停跳投投掷铅球大家看，无论是运动员投掷标枪、篮球，还是推铅球，这些物体被扔出去之后，它们的运动轨迹有什么共同的特点吗？如果我们不考虑空气的阻力，只看地球引力的话，标枪、篮球和铅球在空中飞行时，它们的受力情况又有什么共同的特点呢？观察与思考射箭比赛空中投递投掷飞镖大家观察一下，射出的箭、从飞机上投下的货物、还有飞出去的飞镖，它们的运动轨迹又有什么共同的特点呢？同样地，如果忽略空气阻力，只考虑重力，那么箭、货物和飞镖的受力又有什么共同的特点呢？观察与思考第一部分抛体运动和平抛运动抛体运动：将物体以一定的初速度抛出，若忽略空气阻力，物体在空中只受重力作用，这种只在重力作用下的运动就叫做抛体运动。它是生活中常见的曲线运动形式。平抛运动：如果物体抛出时的初速度是完全水平的，这种特殊的抛体运动就叫做平抛运动。它是研究复杂曲线运动的基础模型。关键条件：第一，物体具有水平方向的初速度；第二，运动过程中忽略空气阻力，只受恒定的重力作用。运动性质：匀变速曲线运动。因加速度（重力加速度g）恒定，故为“匀变速”；因速度方向与重力方向不在同一直线，故为“曲线运动”。抛体运动和平抛运动第二部分实验思路(1)我们已经学过运动的合成与分解。既然直线运动我们很熟悉，那能不能把复杂的平抛运动，分解成两个简单的直线运动来研究呢？这是解决曲线运动问题的核心思路。(2)结合平抛运动的特点思考：它的初速度是水平的，在空中运动时又只受竖直向下的重力作用。那么，把它分解到哪两个方向上进行研究，会让问题变得更简单、更方便呢？(3)确定了分解的方向后，进一步分析：在这两个选定的方向上，物体的受力情况是怎样的？它分别会做匀速直线运动，还是变速直线运动呢？尝试结合受力与运动的关系给出判断。思考与讨论1.研究方法：建立平面直角坐标系，将复杂的曲线运动拆解为水平与竖直两个方向的直线运动；核心策略是“化曲为直”，把未知的曲线问题转化为已知的直线运动问题分别分析求解。2.分解方向：以抛出点为原点，水平向右为x轴，竖直向下为y轴分解平抛运动分析维度初速度特征受力条件理论运动形式水平(x)方向有初速度v₀忽略阻力，不受力匀速直线运动竖直(y)方向初速度为0只受竖直向下重力G自由落体运动vᵧ=0F=Gy方向：自由落体vₓ=v₀Fₓ=0x方向：匀速直线运动3.理论猜想：实验思路(1)我们怎么设计实验，来分别验证平抛运动在水平方向和竖直方向上的运动规律是不是和我们猜想的一样呢？(2)大家能不能开动脑筋，设计一个实验方案来证明我们的猜想？谁愿意来分享一下你的想法？思考与讨论第三部分进行实验方案一：频闪照相01/核心成像原理利用周期性闪光的光源（频闪灯）照亮运动物体，在同一张底片上以固定的时间间隔记录物体的位置。通过多次曝光叠加，将动态的运动过程转化为静态的、可观测的位置序列，直观呈现物体在不同时刻的空间分布。02/关键技术优势无需追踪物体的实时运动，通过静态影像即可精准还原轨迹；时间间隔可控且精度高，能捕捉肉眼难以分辨的高速运动细节；记录结果可长期保存、反复分析，是研究变速运动、曲线运动的理想实验手段。03/实验与科研应用广泛应用于物理实验室的抛体运动、简谐运动分析；在工业领域用于检测机械部件的振动频率与运动精度；在体育科学中可辅助分析运动员的动作轨迹与发力节奏，为技术优化提供直观的数据支撑。总结：频闪照相法将“动态过程”固化为“静态图像”，让不可见的时间维度可视化，是连接理论计算与实际运动观测的重要桥梁。方案一：频闪照相或视频录制1.现象分析：通过频闪照片观察：在水平方向上，小球在相等的时间间隔内，前进的距离都是相等的。这一现象证明了，平抛运动在水平方向上遵循的是在竖直方向上，做平抛运动的小球与同时从同一高度自由下落的小球，在相同时间内下落的高度完全一致。这说明，平抛运动在竖直方向上的运动规律，和另一个小球的运动规律完全相同，也就是匀速直线运动自由落体运动运动点迹横坐标纵坐标A待测量待测量B待测量待测量C待测量待测量D待测量待测量E待测量待测量方案一：频闪照相或视频录制2.建系与数据测量（1）以小球被抛出时的球心位置为坐标原点，建立平面直角坐标系，确定X轴与Y轴方向。（2）利用刻度尺测量小球在不同运动位置对应的横坐标和纵坐标，将测量得到的实验数据准确记录在表格中。(1)通过我们测量得到的坐标数据，能不能验证平抛运动的轨迹确实是一条抛物线呢？这是验证实验结论的关键一步。(2)我们已知水平位移x=v₀t，竖直位移y=½gt²。试着消去时间t，推导y与x的关系式。若得到y=kx²（k为常数）的形式，这将直接证明平抛运动的轨迹符合抛物线的数学特征。思考与讨论(3)结合推导出的轨迹方程与实际测量的坐标数据，我们是不是可以建立方程，反向计算出小球做平抛运动的初速度v₀呢？这是实验数据的重要应用价值。课堂小结探究平抛运动的特点平抛运动实验思路实验方案核心“化曲为直”，分解为水平与竖直方向分别研究频闪照相特点性质只受重力作用，初速度方向水平加速度恒定为g，属于匀变速曲线运动描迹法直观验证：水平方向匀速直线运动，竖直方向自由落体运动描绘运动轨迹，可验证平抛运动的轨迹是一条抛物线课堂练习自由落体1．小球A由斜槽滚下，从桌边水平抛出。当它恰好离开桌边缘时，小球B从同样高度处自由下落。频闪照相仪拍到了两球下落过程中四个时刻的位置，如图所示。已知背景的方格纸每小格的边长为2.4cm，频闪照相仪的闪光频率为10Hz。（1）比较A、B两球下落的频闪轨迹，可知A球做平抛运动时，在竖直方向上做__________运动。（2）利用这张照片可求出当地的重力加速度大小为m/s2。（3）A球离开桌边时的速度大小为m/s。课堂练习9.60.72课堂练习2．用如图甲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。课堂练习（1）关于“研究物体平抛运动”实验，下列说法正确的是()A．安装斜槽时其末端切线应水平，以保证小球抛出时初速度水平B．钢球与斜槽之间有摩擦会增大实验误差，需严格保证斜槽光滑C．建立坐标系时，应以斜槽末端端口的上边缘位置为坐标原点D．钢球必须每次从斜槽上同一位置由静止开始释放，确保初速度一致参考答案：AD解析：A正确，末端水平是平抛运动的前提；B错误，只要初速度一致，摩擦不影响；C错误，原点应为球心在槽口的位置；D正确，保证初速度相同是关键。课堂练习（2）某同学通过实验得到的轨迹如图乙所示，已知每个小方格的边长为0.45cm，重力加速度g=10m/s2。则钢球做平抛运动的初速度大小为m/s（计算结果保留两位有效数字）。0.45课堂练习3．2023年夏天非常炎热，水枪玩具因此十分畅销，不仅孩子们爱玩，很多成年人也乐在其中。有一种电动水枪有三种模式：散射、直线连续喷射和脉冲式发射。某同学想测定后两种模式水枪的发射速度，他进行了如下操作（取g=10m/s2）：课堂练习（1）将电动水枪水平固定在铁架台上，采用直线连续喷水模式。按压扳机后，细水柱沿直线喷出，在空中划出一条曲线。在铁架台后面平行于水枪竖直固定一块坐标板，使O点处于枪口位置，x轴与枪口在同一水平线上。水枪喷水后用手机拍照，得到如图乙所示的轨迹。根据图中轨迹可得初速度v0=m/s（结果保留三位有效数