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5.3 实验：探究平抛运动的特点
1.知道什么样的运动是抛体运动。
2.知道平抛运动的特点，会用运动分解的方法分析两个分运动。
3.会设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，会描绘平抛运动的轨迹。
滚落的小球
飞出的赛车
投出的炸弹
抛出的篮球
思考：这几个物体的运动有什么样的共同点呢？
一、抛体运动和平抛运动
演示1：观察斜向上抛出的粉笔
的运动轨迹
v0
演示2：观察水平桌面上的小球被碰后，以一定的水平初速度离开桌面后所做的运动轨迹
v0
在空气阻力可以忽略的情况下，粉笔和小球的运动都属于 抛体运动 。
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。
1.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。
二、实验：探究平抛运动的特点
2.进行实验
方案一：频闪照相（或录制视频）的方法
x
y
O
x1
x2
x3
x4
y1
y2
y3
y4
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
方案二：对比分析法
（1）如何证明竖直方向是自由落体运动？
如图所示，用小锤打击弹性金属片后，A 球沿水平方向抛出，同时 B 球被松开，自由下落。A、B两球同时开始运动。观察两球哪个先落地。
改变小球距地面的高度和打击的力度，重复这个实验。
实验时，也可以用耳朵“听”来判断两球落地时刻的先后。
（2）探究平抛运动竖直方向的运动特点时的注意事项
① 用小锤水平击打在弹性金属片中央位置，
确保 A 球能够沿水平方向飞出；
② 调节好平抛运动演示器，确保用小锤击打
弹性金属片的同时 B 球被松开，自由下落；
③ A、B 两小球选择体积小、质量大，大小、
材料、质量完全相同的小球；
④ 确保 A、B 两球运动前高度相同，且落到同一水平面上。


（3）探究平抛运动竖直方向运动特点时，A、B 两球哪个先落地？说明什么？
观察发现，A、B 两球同时落地。
改变小球距地面的高度和打击的力度，重复实验时，两球在空中的运动时间和 A 球的水平初速度大小发生改变，但 A、B 两球总是同时落地。
说明：A 球在竖直方向的运动与 B 球完全相同，
平抛运动在竖直方向的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
方案二：对比分析法
（1）如何证明水平方向是匀速直线运动？
在如图所示的装置中，斜槽 M 末端水平。
钢球在斜槽中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动。
在装置中有一个水平放置的可上下调节的倾斜挡板 N，钢球飞出后，
落到挡板上。实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上。
钢球落到倾斜的挡板上后，就会挤压复写纸，在白纸上留下印迹。
上下调节挡板 N，通过多次实验，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
最后，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。

（2）探究平抛运动水平方向的运动特点时的注意事项
① 调节铁架台，通过观察铅垂线，使铁架台底座水平，从而使挡板 N 水平，背板在竖直面内；
② 斜槽的末端必须调节水平；
③ 钢球必须从同一位置滚下；
④ 钢球应选比较小的，使记录的位置尽量准确。

根据步骤 1 得出的平抛运动在竖直方向分运动的规律，设法确定
“相等的进间间隔”。再看相等的时间内水平分运动的位移，进而确定水平分运动的规律。
（3）得到钢球做平抛运动的轨迹后，如何选取坐标原点和坐标轴？
一般以小球出槽口时球心在白纸上的投影点为坐标原点，
以水平方向为 x 轴，以竖直方向为 y 轴。
（4）如图曲线 OP 是钢球做平抛运动的轨迹，如何由竖直方向的分运动确定“相等的时间间隔”？
竖直分运动为自由落体运动，以起点开始，相邻相等时间间隔的位移之比为 1∶3∶5∶9∶…，在 y 轴上从 O 点起，据此量出各段位移，即可确定“相等的时间间隔”。
3.数据分析（方案二）
在竖直方向由原点（抛出点）开始连续
截取连续四段位移 OE、OF、OG、OH
分别为 h、4h、9h、16h 。
在轨迹曲线上找到相对应的位置，并在
水平方向上标出对应的点，并测量四段
位移 AB、BC、CD、DE的长度，并判
断它们是否相等。
在误差允许范围内,四段位移近似相等
四段位移所用时间相等
在水平方向相等时间
内的位移是相等
平抛运动在水平方向的
分运动是匀速直线运动
平抛运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动
平抛运动的特点
4.误差分析（方案二）
（1）A、B 两球由于不完全相同，因而在空中所受阻力不同，产生误差。
（2）探究平抛运动竖直方向的运动特点时，用小锤击打弹性金属片时，A 球不能完全水平飞出，B 球不能立即被松开、同时下落，产生误差。
（3）安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小球离开斜槽后不做平抛运动，产生误差。
（4）建立坐标系时，坐标原点的位置确定不准确，导致轨迹上各点的坐标不准确，产生误差。
（5）小球每次自由滚下时起始位置不完全相同，导致轨迹出现误差。
（6）确定小球运动的位置时不准确，会导致误差。
（7）量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。
5.实验注意事项（方案二）
(1) 保证斜槽末端的切线必须水平。
(2) 木板平面竖直且平行于小球平抛的轨道平面，并使小球的运动靠近
木板但不接触。
(3) 坐标原点不在斜槽口的末端，应在槽口上方小球球心处。
O
O′
(4) 小球应在同一位置无初速自由释放；释放的高度要适当，使小球以合适的水平初速度抛出，其轨迹在坐标纸的左上角到右下角间分布，从而减小测量误差
(5) 实验过程中木板不能动
(6)要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。
1.在某同学利用如图所示实验装置绘制小球做平抛运动的轨迹，关于此实验，下列说法错误的是 (　　 )
A．斜槽轨道必须光滑且末端沿水平方向
B．小球每次需从斜槽上同一位置自由滑下
C．为较准确地绘出小球的运动轨迹，记录
的点应适当多一些
D．为较准确地绘出小球的运动轨迹，应该
用平滑曲线把各记录点连起来
A
2.(多选)在探究平抛运动的特点实验中，某同学只记录了小球运动途中的A、B、C 三点的位置，取A 点为坐标原点，则各点的位置坐标如图所示，当 g＝ 10 m/s2 时，下列说法正确的是（ ）
A. 小球抛出点的位置坐标是 ( 0，0 )
B. 小球抛出点的位置坐标是 ( ─10，─ 5 )
C. 小球平抛初速度为 2 m/s
D. 小球平抛初速度为 1 m/s
BD
3.如图是实验室内研究平抛运动的装置。
该实验中，让小球多次从斜槽上由静止滚下，在白纸上依次记下小球的位置，同学甲和同学乙得到的记录纸分别如图甲、乙所示，从图中明显看出甲的实验错误是________________，乙的实验错误是______________________________。
斜槽末端不水平
每次由静止释放小球的位置不同
4.两个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动的特点”的实验：
（1）甲同学采用如图甲所示的装置，击打金属片把 A 球沿水平方向弹出，同时 B 球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变 A 球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明____________________________________。
平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
（2）乙同学采用如图乙所示的装置，两个相同的弧形光滑轨道M、N，N 的末端与光滑的水平板相切，两小铁球 P、Q 能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出。实验可观察到的现象应是___________________________。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明____________________________________。
P 球落地时刚好和 Q 球相遇
平抛运动在水平方向上是匀速直线运动
1、平抛运动
将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，
且只在重力作用下所做的运动。
2、平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，
水平方向速度的大小不影响平抛运动在竖直方向上的运动；
3、平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，
竖直方向的速度大小不影响平抛运动在水平方向上的运动。

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