高三物理一轮复习 实验5：探究平抛运动的特点（含解析）

实验五探究平抛运动的特点

也1I实验储备・自主回顾紧抓教材］自主落实

一、实验目的

1.用实验与理论进行探究、分析，认识平抛运动的规律。

2,用实验方法描出平抛物体的运动轨迹。

3.根据平抛运动的轨迹确定平抛物体的初速度。

二、实验原理

平抛运动可看作两个分运动的合成：一个是水平方向的匀速直线运动，另一

个是竖直方向的自由落体运动，则水平方向上有,竖直方向上有y二%产，

令小球做平抛运动，利用追踪法逐点描出小球运动的轨迹，建立坐标系，测量出

八y,再利用公式可得初速度如二八回。

三、实验器材

斜槽、竖直固定在铁架台上的木板、铅笔、白纸、图钉、小球、刻度尺、重

锤线。

四、实验步骤

1.按图甲安装实验装置，使斜槽末端水平。

2.以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O,过。点画出竖直的J

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。

4.将白纸从木板上取下，从。点开始连接画出的若干点描出一条平滑的曲

线，如实验原理图乙所示。

五、数据处理

1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则当以抛出点为坐标原点建立直角

坐标系后，轨迹上各点的坐标具有J=的关系，且同一轨迹上a是一个特定

的值。

⑵验证方法

方法一：代入法

用刻度尺测量几个点的八J坐标，分别代入产收中求出常数a,看计算

得到的〃值在误差范围内是否为一常数。

方法二：图象法

建立小好坐标系，根据所测量的各个点的八y坐标值分别计算出对应y值

的"2的值，在y.2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直

线的斜率即为〃值。

2.计算平抛运动的初速度

(1)平抛轨迹完整(即含有抛出点)

在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移X及竖直位移y,就可求出

初速度如。因X=n=刖2,故如二个/具。

⑵平抛轨迹残缺(即无抛出点)

如图所示，在轨迹上任取三点A、&C,使A、3间及仄C间的水平距离

相等，由平抛运动的规律可知，A、B间与B、。间所用时间相等，设为乙

贝UA/z=hue-h.AH-gt2

八flBC-hAB

所以。

所以初速度

XI瓦

如=71=R/-----------<>

\1flBC-hAB

六、误差分析

1.斜槽末端没有调节成水平状态，导致初速度不水平。

2,坐标原点不够精确等。

七、注意事项

1.固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度水平。

2,固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平

面平行，固定时要用重锤线检直坐标纸竖线是否竖直。

3.小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，为此，可在斜槽上某一位置

固定一个挡板。

4.要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹

由木板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。

5.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。

6.计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和

计算。

实验考向•多维突破破解疑难讲练提升

考向1实验原理与操作

1.实验中保持槽口水平，检测方法是将小球放在槽口附近任一位置，小球

都能静止不动。

2,建坐标系时要用重锤线检测是否垂直。

［题组训练］

1.在“研究平抛物体的运动”的实验中：

(1)为使小球水平抛出，必须调整斜槽，使其末端的切线成水平方向，检查

方法是

(2)小球抛出点的位置必须及时记录在白纸上，然后从这一点画水平线和竖

直线作为x轴和y轴，竖直线是用来确定的。

⑶某同学建立的直角坐标系如图所示，设他在安装实验装置和其余操作时

准确无误，只有一处失误，即是

(4)该同学在轨迹上任取一点M,测得坐标为(x,j),则初速度的测量值为

测量值比真实值要(选填“偏大”“偏小”或“不变”)«

［解析］(1)水平时小球处处平衡，放在槽口能静止不动；(2)用重锤线来确定

竖直线最准确；（3）描绘小球的运动轨迹时应是描绘球心的位置，因此坐标原点

应在平抛起点的球心位置，即坐标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水

平投影点；（4）根据x=0o£,两式联立得：劭）=^^，因为坐标原点靠

下，造成y值偏小，从而劭）偏大。

［答案］（1）将小球放置在槽口处轨道上，小球能保持静止⑵重垂线⑶坐

标原点应该是小球在槽口时球心在白纸上的水平投影点偏大

2.在探究平抛运动的规律时，可以选用下列各种装置图。

⑴选用装置1是为了

⑵选用装置2时注意

⑶选用装置3如何准确获得钢球的平抛轨迹

在下列选项中选择正确的选项填在相应的横线上。

A.选用装置1是为了研究平抛的竖直分运动

B.选用装置1是为了研究平抛的水平分运动

C.选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定

要比水面高

D.选用装置2要获得稳定的细水柱所显示的平抛轨迹，竖直管上端A一定

要比水面低

E,钢球每次可以从装置3上的斜槽不同位置静止释放

F,钢球每次应该从装置3上的斜槽同一位置静止释放

［解析］（1）装置1是为了研究平抛运动竖直方向上的运动规律，若两球同时落

地，可知A球竖直方向上的运动规律与5球相同，即平抛运动在竖直方向上

做自由落体运动，故选A。

(2)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，从而出水速度恒定。

如果竖直管上出口在水面上，则水面上为恒定大气压强，因而随水面下降，出

水管上口压强降低，出水速度减小，故选D。

(3)为了保证小球的初速度大小相等，每次让小球从斜槽的同一位置由狰止

释放，故选F。

［答案］⑴A(2)D(3)F

考向2数据处理与分析

1.平抛运动是水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动，处理数据

要利用分解思想。

2.竖直方向常用以下公式

(1)利用为=与产求出打各点时纸带的瞬时速度。

(2)利用逐差法求加速度，Ax是两个连续相等的时间间隔内的位移差，Ax=

QT2。

［题组训练］

1.(1)(多选)研究平抛运动，下面哪些做法可以减小实验误差()

A.使用密度大、体积小的钢球

B.尽量减小钢球与斜槽间的摩擦

C.实验时，让小球每次都从同一高度由静止开始滚下

D,使斜槽末端的切线保持水平

⑵某同学在做“研究平抛运动”的实睑中，忘记记下小球做平抛运动的起

点位置o,A为小球运动一段时间后的位置，如图所示，求出小球做平抛运动的

初速度为m/s。

［解析］(1)研究平抛运动时，钢球体积越小，所受空气阻力越小，并且记录小

球通过的位置越准确，A正确；小球每次从斜槽上的同一位置由静止开始滚下，

可保证小球的初速度不变，与钢球和斜槽间的摩擦无关，B错误，C正确；实验

时必须使斜槽末端的切线水平，以确保小球水平飞出做平抛运动，D正确。

(2)由题图可知44、8c间的竖直距离

JA«=15cm=0.15m,ync=25cm=0.25m

因为必B=XBC=0.20m,所以小球从A运动到B与从B运动到C的时间相

同，设此时间为t

据y“c一的8=g［得

0.25-0.15

-------------s=0.10s

又因为画所以u0=:=0［0m/s=2.0m/So

［答案］(1)ACD(2)2.0

2.甲是“研究平抛物体运动”的实睑装置图，通过描点画出小球做平抛运动

的轨迹。

⑴实验得到小球做平抛运动的轨迹，在轨迹上取一些点，以平抛起点。为

坐标原点，测量它们的水平坐标工和竖直坐标九图乙中图象能说明小球做

平抛运动的轨迹为抛物线的是

乙

⑵图丙是某同学根据实验画出的小球做平抛运动的轨迹，0为平抛的起点，

在轨迹上任取三点A、B、C，测得A、B两点竖直坐标J1为5.0cm、y2为45.0cm,

4、5两点水平间距-为40.0cm则小球做平抛运动的初速度如为m/so

若C点的竖直坐标J3为60.0cm,则小球在C点的速度0c为m/so(结

果保留两位有效数字，g取10m/s2)

［解析］(1)根据平抛运动的特点x—oG尸批得：尸;£卷=蠹必，可知

户必的图线为一条过原点的倾斜直线，故C正确。

(3)5.0cm=0.05m,45.0cm=0.45m,40.0cm=0.40m,60.0cm=0.60m,才艮

据得：力=、呼=

2义;;5s=0.1s,才艮据丁2=永近得：(2=

2X|Q45S=0.3S,则小球做平抛运动的初速度为：vo=Ax0.40

0.3-0.1

m/s=2.0m/s,小球在C点的竖直分速度为:%c=6无=也><10X0.6m/s=2小

m/s,根据平行四边形定则知，小球在。点的速度为：配=4沈+好0=y4.0+12.0

m/s=4.0m/So

［答案KDC(2)2.04.0

考向3实验柘展与创新

高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情

境。因此，要发现创新角度，善于用基本实验的原理、方法和技巧处理新问题。

本实验新调为学生分组实验，会成为高考命题的新增热点。常见创新点如下：

实验原理创

新

1.利用光电门传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞

行时间。

2.底板上的标尺可以测得水平位移。

频闪仪器

o

页闪仪器A

1.用频闪仪胶片记录物体在几个闪光时刻的位置代替铅笔描迹。

2.利用分析频闪照片的方法代替坐标纸，使数据分析更方便。

实验器材的

创新

利用改变相同水平距离找落点，确定小球在不同水平位置的竖直

位置描迹。

［题组训练］

1.频闪摄影是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中，照相机的快门处

于常开状态，频闪仪每隔一定时间发出一次短暂的强烈闪光，照亮运动的物体，

于是胶片上记录了物体在几个闪光时刻的位置。某物理小组利用如图甲所示装置

探究平抛运动规律。他们分别在该装置正上方A处和右侧正前方B处安装了频

闪仪器并进行了拍摄，得到的频闪照片如图乙所示，。为抛出点，P为运动轨迹

2

上某点。根据平抛运动规律分析下列问题(g取10m/s)e

频闪仪器/|自

80OOOOO

频闪仪器8

00000000

(1)图乙中，频闪仪器A所拍摄的频闪照片为［选填“(a)”或

“(b)”

(2)测得图乙(a)中。尸距离为45cm,(b)中OP距离为30cm,则小球做平抛

运动的初速度大小应为m/s，小球在P点速度大小应为m/s0

［解析］(1)小球做平抛运动时，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落

体运动，故频闪仪器4所拍摄的频闪照片为(b)。

x03

上以)=7=忘m/s=lm/s,尸点小球在竖直方向的速度，=gt=10X0.30m/s

=3m/s,则力＞=4就m/so

［答案］⑴(b)(2)1Vlo

2.如图所示，研究平抛运动规律的实验装置放置在水平桌面上，利用光电门

传感器和碰撞传感器可测得小球的水平初速度和飞行时间,底板上的标尺可以测

得水平位移，保持水平槽口距底板高度h=0.420m不变。改变小球在斜槽导轨

上下滑的起始位置，测出小球做平抛运动的初速度内、飞行时间t和水平位移d,

记录在表中。

⑴由表中数据可知在h一定时小球水平位移d与其初速度如成

关系，与无关。

Vo(m/s)0.7411.0341.3181.584

/(ms)292.7293.0292.8292.9

d(cm)21.730.338.646.4

(2)一位同学计算出小球飞行时间的理论值/理=、借二/4件s=

289.8ms,发现理论值与测量值之差约为3ms。经检查，实验及测量无误，其原

因是____________________________

(3)另一位同学分析并绢正了上述偏差后另做了这个实验竟发现测量值/

依然大于自己得到的理论值f理，但二者之差在3~7ms之间，且初速度越大

差值越小。对实验装置的安装进行检查，确认斜槽槽口与底座均水平，则导致偏

差的原因是

［解析］(1)由题表中数据可知，〃一定时，小球的水平位移d与初速度如成正

比关系，与时间Z无关。

(2)该同学计算时重力加速度取的是10m/s2,一般情况下应取9.8m/s2,从

而导致约3ms的偏差.

(3)小球直径过大、小球飞过光电门需要时间或光电门传感器置于槽口的内

侧，使测