23　第四章　第21课时　探究平抛运动的特点(实验课)

第四章曲线运动万有引力与宇宙航行第21课时探究平抛运动的特点(实验课)[学习目标]

1．知道平抛运动的轨迹是抛物线，能熟练操作器材，会在实验中描绘其轨迹。2．会通过描绘的平抛运动轨迹计算物体的初速度。原理装置图

使小球做平抛运动，利用描点法描绘出小球的运动轨迹操作要求1．安装、调整木板：用铅垂线检查木板是否竖直。2．安装、调整斜槽：用平衡法检查斜槽末端是否水平。3．描绘运动轨迹：用平滑的曲线连接描出的各点得到小球做平抛运动的轨迹。4．确定坐标原点及坐标轴注意事项1．斜槽末端的切线要水平。2．木板必须处在竖直平面内。3．坐标原点为小球在槽口时球心在木板上的投影点。4．小球每次都从槽中的同一位置由静止释放数据处理误差分析1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致小球离开斜槽时初速度未沿水平方向。2．坐标原点不够精确。3．空气阻力的存在，使小球运动的径迹不是真正的平抛运动轨迹类型1

教材原型实验[典例1]

(2024·河北卷)如图甲所示为探究平抛运动特点的装置，其斜槽位置固定且末端水平，固定坐标纸的背板处于竖直面内，钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出，落在倾斜的挡板上挤压复写纸，在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球，得到了如图乙所示的印迹，坐标纸的y轴对应竖直方向，坐标原点对应平抛起点。(1)每次由静止释放钢球时，钢球在斜槽上的高度________(选填“相同”或“不同”)。(2)在如图乙所示的坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。(3)根据轨迹，求得钢球做平抛运动的初速度大小为__________m/s(当地重力加速度g取9.8m/s2，结果保留两位有效数字)。相同见解析图0.73(0.72～0.74均可)

[典例2]

(2023·浙江6月选考)在“探究平抛运动的特点”实验中。(1)用如图甲所示的装置进行探究，下列说法正确的是________。A．只能探究平抛运动水平分运动的特点B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点(2)用如图乙所示的装置进行实验，下列说法正确的是________。A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动C．小钢球从斜槽M上同一位置由静止滚下B

C

D[解析]

(1)用题图甲所示的实验装置，只能探究平抛运动竖直分运动的特点，A、C错误；在实验过程中，需要改变小锤击打的力度，多次重复实验，B正确。(2)为了保证小钢球做平抛运动，需要斜槽末端水平，为了保证小钢球抛出时速度相等，每一次小钢球需要由静止从同一位置释放，斜槽不需要光滑，A错误，C正确；上下调节挡板N时不必每次等间距移动，B错误。

类型2

探索创新实验[典例3]

(2025·河南焦作一模)为了验证平抛运动规律，实验小组运用了水柱法。使用的器材是各种不同规格的矿泉水瓶、透明薄板和红色颜料水。如图1所示，在无盖的矿泉水瓶侧壁上钻小孔，堵住小孔并往矿泉水瓶里装红色颜料水，然后打开小孔，水平射出的水就会形成曲线状水柱。(1)已知图1中左右两矿泉水瓶完全一样，左瓶装水多，右瓶装水少，下列叙述正确的有(

)A．射出水的初速度与侧孔下方水高有关B．左瓶出水初速度大于右瓶出水初速度C．射出水柱的水平距离一直保持不变(2)为了分析水柱曲线特征，使用透明薄板和记号笔描绘水柱曲线，下列说法正确的有(

)A．透明薄板要靠近水柱，让水柱在薄板上留下痕迹B．透明薄板竖直放置且要靠近水柱又不能接触水柱C．为了更好地描绘水柱，应选用瓶径更大的矿泉水瓶D．为了更好地描绘水柱，侧孔开口越大越好√√√(3)实验小组描绘的部分水柱如图2所示，为了分析水柱曲线特征，水平方向建立了x轴，竖直方向建立了y轴，若实验小组确定了水柱曲线为抛物线，则该次实验出水初速度大小为_________m/s(重力加速度g取10m/s2，结果保留两位有效数字)。2.0[解析]

(1)射出水的初速度与侧孔上方水高有关，与下方水高无关，上方水高越大，射出水的初速度越大。上方水高会越来越小，射出水的初速度越来越小，水柱水平距离越来越小，故选B。(2)为了描绘水柱，透明薄板竖直放置且要靠近水柱又不能接触水柱，选用瓶径越大，上方水高下降越慢，射出水的初速度变化越慢，水柱形状越稳定，有利于描绘水柱，侧孔开口口径越大，上方水高下降越快，水柱越不稳定，故选BC。(3)由xbc＝xab＝v0t，ybc－yab＝gt2代入数据可得v0＝2.0

m/s。

[典例4]

(2025·河南洛阳一模)在做“研究平抛运动”的实验中，为了确定小球在不同时刻所通过的位置，实验时用如图1所示的装置。实验操作的主要步骤如下：A．在一块平木板上钉上复写纸和白纸，然后将其竖直立于斜槽轨道末端槽口前，木板与槽口之间有一段距离，并保持板面与轨道末端的水平段垂直；B．使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹A；C．将木板沿水平方向向右平移一段距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，小球撞到木板在白纸上留下痕迹B；D．再将木板水平向右平移同样距离x，让小球仍从斜槽上紧靠挡板处由静止滚下，在白纸上得到痕迹C。若测得x＝20cm，A、B间距离y1＝15cm，B、C间距离y2＝25cm，已知当地的重力加速度g取10m/s2。(1)根据上述直接测量的量和已知的物理量可以计算出小球做平抛运动的初速度v0＝________m/s。(2)关于该实验，下列说法中不正确的是________。A．斜槽轨道不一定光滑B．每次释放小球的位置必须相同C．每次小球均需要静止释放D．小球的初速度可通过测量小球的释放点与抛出点之间的高度h，再由机械能守恒定律求出2

D

(3)另外一位同学根据测量出的不同x情况下的y1和y2，令Δy＝y2－y1，并描绘出了如图2所示的Δy-x2图像，若已知图线的斜率为k，则小球做平抛运动的初速度大小v0与k的关系式为________。

课时作业(二十一)探究平抛运动的特点(实验课)1．某小组探究小球做平抛运动的规律。题号1324步骤一：探究平抛运动竖直分运动的特点在如图甲所示实验中，用小锤击打弹性金属片后，A球沿水平方向抛出，同时B球被释放，自由下落。(1)请预测可能观察到的实验现象是：______________________________________________________。题号1324在误差允许的范围内两球同时落地或听到同时落地的撞击声

题号1324自由落体运动(3)标记1、3两处的时间间隔为________s。(4)O为抛出点，且y1∶y2∶y3＝1∶4∶9。若要证明水平分运动为匀速直线运动，则需证明比例式x1∶x2∶x3＝_________成立。题号1324[解析]

(1)根据平抛运动规律可知，可观察到的现象是：在误差允许的范围内两球同时落地或者听到同时落地的撞击声。(2)实验表明平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。

1∶2∶3

题号13242．(2025·广东深圳一模)用如图甲所示实验装置进行“探究平抛运动的特点”实验。(1)按照甲图安装实验装置，调节斜槽末端水平，并将一张白纸和复写纸固定在背板上。斜槽末端下方用细线悬挂重锤的作用是____。A．判断仪器背板是否竖直B．确定白纸上y轴的方向C．利用重锤的惯性来保证实验装置稳定题号1324AB

题号1324O3

相同x2[解析]

(1)重锤的作用是确保坐标轴的y轴为竖直方向或沿重锤方向描下y轴为竖直方向，即必须保证仪器背板竖直，故A、B正确；重锤的惯性无法保证实验装置稳定，故C错误。故选AB。(2)让小球静止在斜槽末端附近，用笔通过复写纸在白纸上描出球心投影点O1，描出槽口端点在白纸上的投影点O2，描出过O2的竖直线与过O1水平线的交点O3，即竖直方向与水平方向的交点恰好是小球抛出点在白纸上的投影点，则实验中白纸上平抛轨迹的初始位置应是O3。题号1324

题号1324

题号1324A

(2)为了记录小球的落点痕迹，小明依次将白纸和复写纸固定在竖直墙壁上，再把桌子搬到墙壁附近。从斜面上某处无初速度释放小球，使其飞离桌面时的速度与墙壁垂直，小球与墙壁碰撞后在白纸上留下落点痕迹。改变桌子与墙壁间的距离(每次沿垂直于墙壁方向移动9.92cm)，重复实验，白纸上将留下一系列落点痕迹，挑选有4个连续落点痕迹的白纸，如图乙所示。根据测量的数据可求得，小球离开桌面时的速度大小为______m/s，小球打到B点时的速度大小为______m/s。(结果均保留三位有效数字)题号13240.992

1.40

题号13244．某学习小组利用距离传感器研究平抛运动的规律，实验装置如图1所示。某次实验得到了不同时刻小球的位置坐标图，如图2所示，其中O点为抛出点，标记为n＝0，其他点依次标记为n＝1，2，3，…。相邻点的时间间隔均为Δt＝0.02s。把各点用平滑的曲线连接起来就是平抛运动的轨迹图。题号1324(1)经数据分析可得小球竖直方向为自由落体运动，若根据轨迹图计算当地的重力加速度，则需要知道的物理量为________(单选，填下列选项字母序号)，重力加速度的表达式为g＝________(用所选物理量符号和题中所