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3　实验:探究平抛运动的特点
[定位·学习目标]　1.通过阅读教材,知道抛体运动和平抛运动的概念,形成物理观念。2.通过设计实验方案,选择实验器材,进行实验操作,掌握实验探究过程,培养实验探究的能力。3.通过平抛运动轨迹的实验数据处理,探究平抛运动水平和竖直分运动的特点,培养科学思维能力。
一、抛体运动和平抛运动
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。
二、探究平抛运动的特点
1.实验原理
设法记录做平抛运动的物体经过相等时间间隔所到达的位置,获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据,用描迹法画出小球平抛运动的轨迹,以抛出点为坐标原点建立直角坐标系,在轨迹上选取几个点,由其坐标数值探究平抛运动的特点。
2.实验器材
(1)频闪照相机、小钢球、铅笔、刻度尺、三角板。
(2)平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。
3.实验步骤
方案一　频闪照相(或录制视频)的方法
(1)如图甲所示是一个小球做平抛运动时的频闪照片。
(2)选小球开始运动的球心位置为原点建立坐标系,每3个小球(不计初始位置的球)取1个位置球,测量其对应的横坐标和纵坐标,如图乙所示,将测量数据填入自己设计的表格中。
(3)若频闪周期为T,则每相邻两球的时间间隔相等,都是T,即图乙中OA、AB、BC对应的时间间隔就是3T。
(4)比较x1-0、x2-x1、x3-x2、…的关系,探究水平方向运动的特点;比较y1、y2-y1、y3-y2、…及y2-2y1、y3-2y2、…的关系,探究竖直方向的运动特点。
方案二　分别研究水平和竖直方向的运动规律
步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点
(1)如图所示,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。观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后。
(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验,发现两球仍同时落地,说明平抛运动在竖直方向的分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
(1)如图所示,安装实验装置,使斜槽M末端水平,使固定的背板竖直,并将一张白纸和复写纸固定在背板上,N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。
(2)让钢球从斜槽上某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动,使钢球的轨迹与背板平行。钢球落到倾斜的挡板N上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹。
(3)上下调节挡板N,进行多次实验,每次使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
(4)以斜槽水平末端端口处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。
(5)取下坐标纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。
(6)根据步骤1中得到的平抛运动在竖直方向的分运动的规律,在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y、…的点,即各点之间的时间间隔相等,测量这些点之间的水平位移,确定水平方向分运动的特点。
(7)结论:平抛运动在相等时间内水平方向的位移相等,即平抛运动水平方向为匀速直线运动。
4.误差分析
(1)作轨迹图时确定钢球运动的位置时不准确。
(2)量取轨迹上各点坐标时不准确。
(3)通过斜槽做平抛运动时斜槽末端没有调水平,钢球离开斜槽后不做平抛运动。
5.利用斜槽探究时的注意事项
(1)实验中必须调整斜槽末端水平,使钢球做平抛运动。(调节方法:将钢球放在斜槽末端水平部分,若钢球静止,则斜槽末端水平)
(2)背板必须处于竖直面内,使钢球的运动靠近白纸但不接触,固定背板时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。
(3)钢球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放,这样可以使钢球每次的轨迹相同。
(4)坐标原点不是槽口的端点,应是钢球出槽口时钢球球心在背板上的投影点。
(5)释放钢球的位置高度要适中,以使钢球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。
要点一　实验原理与操作
[例1] (2025·河南商丘期中)某同学做“探究平抛运动的特点”实验,实验装置如图甲所示,用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球自由落下。若某次实验,频闪照相机记录了两小球在不同时刻的位置如图乙所示。
(1)实验时,有以下两个步骤:①用小锤击打弹性金属片;②打开频闪仪。正确的操作顺序是　　　　。
A.先①后②
B.先②后①
C.①和②同时进行
(2)根据图乙,任意时刻A、B两球竖直高度相同,可判断A球在竖直方向上做　　　　　　运动,为判断A球水平方向的运动特征,应测出　　　　　　　　　　　　　　并作对比。
【答案】 (1)B
(2)自由落体　A球相邻两位置的水平距离
【解析】 (1)为了避免频闪照片记录区域上方出现大量的空白,实验时,应先打开频闪仪,再用小锤击打弹性金属片。故B正确。
(2)根据任意时刻A、B两球竖直高度相同,可判断A球在竖直方向上做自由落体运动;为判断出A球在水平方向上做匀速直线运动这一运动特点,需要依次测出A球相邻两位置的水平距离。
要点二　数据处理与误差分析
[例2] (2025·广东佛山阶段练习)在“探究平抛运动的特点”实验中,某学习小组用如图甲所示装置研究平抛运动。将印有方格的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。
(1)在实验中,某同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速度释放,并使小球从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度,就改变了小球在板上落点的位置。在印有小方格(小方格的边长为L)的纸上记录下钢球以同一初速度做平抛运动途中的几个位置点如图乙中的a、b、c、d所示,已知a、b、c、d相邻两个位置点的时间间隔为T,说明小球在水平方向做　　　　　　运动,其速度大小为v0=　　　　　(用题中字母表示),小球在竖直方向做　　　　　　　运动,加速度大小a=　　　　(用题中字母表示)。
(2)另一名同学设想小球先后从斜槽某处由静止释放,并将水平挡板依次放在图丙中1、2、3的位置,且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中,小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3,忽略空气阻力的影响,下列判断正确的是　　　　。
A.x2-x1>x3-x2 B.x2-x1C.x2-x1=x3-x2 D.无法判断
【答案】 (1)匀速直线　　匀加速直线　　(2)A
【解析】 (1)由于a、b、c、d相邻两个位置点间时间均相等,又水平位移相等,说明小球在水平方向做匀速直线运动,其速度大小v0=;a、b、c、d相邻两个位置点间竖直位移依次为L、2L、3L,可知在相邻相等时间位移的变化相等,且Δy=L,说明小球在竖直方向做匀加速直线运动,加速度大小 a=。
(2)由(1)中探究结果可知,小球在竖直方向上做匀加速直线运动,下落的速度越来越大,则下落相等位移所需时间越来越短,而小球在水平方向做匀速直线运动,所以x2-x1>x3-x2,故A正确。
要点三　创新实验设计　　　　　　 　　　　　 　　　　　
[例3] 某实验小组设计了“探究平抛运动水平分运动特点”的实验,装置如图甲所示。把白纸和复写纸叠放在一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边与桌子边缘及木板平行。将木板插入自制水平槽中,槽口间距相等用以改变木板到桌边的距离,让小球从斜面顶端同一位置静止滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录小球的落点,重力加速度为g。
(1)为了完成实验,下列做法错误或不必要的是　　　　。(多选)
A.实验时应保持桌面水平
B.斜面的底边必须与桌边重合
C.将木板插入卡槽1,且紧靠桌子边缘,小球由某位置静止释放,白纸上小球落点记为O
D.依次将木板插入槽2、3、4,小球从同一位置静止释放,白纸上落点分别记为a、b、c
E.选择对小球摩擦力尽可能小的斜面
F.更换白纸,重复几次实验
(2)选取落点清晰的白纸如图乙所示,用刻度尺测出相邻两点之间的距离分别为y1、y2、y3及相邻槽口间的距离为x,若y1∶y2∶y3=　　　 　　,说明平抛运动在水平方向是匀速直线运动。
【答案】 (1)BE　(2)1∶3∶5
【解析】 (1)为了确保小球飞出后的速度方向沿水平方向,实验时应保持桌面水平,故A正确;实验中只需要保持小球飞出后的速度大小一定,方向沿水平方向,可知斜面的底边不要求必须与桌边重合,故B错误;实验中需要记下小球在白纸上留下的痕迹,将木板插入卡槽1,且紧靠桌子边缘,小球由某位置静止释放,白纸上小球的落点记为O,故C正确;实验中需要记下小球在白纸上留下的痕迹,依次将木板插入槽2、3、4,小球从同一位置静止释放,白纸上的落点分别记为a、b、c,故D正确;当小球每次均从同一位置静止释放时,小球所受摩擦力对运动的影响相同,小球飞出的初速度相等,即实验中不需要选择对小球摩擦力尽可能小的斜面,故E错误;为了减小实验误差,需要更换白纸,重复几次实验,故F正确。
(2)由于实验中记录的O、a、b、c为竖直方向的运动位置,且O点对应的竖直速度vy0=0,若满足y1∶y2∶y3=1∶3∶5,说明竖直方向做匀加速直线运动且间隔时间相等。由于槽口间距又相等,则说明平抛运动在水平方向是匀速直线运动。
课时作业
(分值:50分)　　　　　　 　　　　　 　　　　　
1.(6分)(2025·云南怒江阶段练习)如图所示,在探究平抛运动规律的实验中,用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球由静止自由下落,可观察到两小球同时落地;改变小球距地面的高度和击打的力度,多次实验,都能观察到两小球　　　　　　　。根据实验　　　(选填“能”或“不能”)判断出A球在竖直方向做自由落体运动,　　　(选填“能”或“不能”)判断出A球在水平方向做匀速直线运动。
【答案】 同时落地　能　不能
【解析】 用小锤击打弹性金属片,可观察到两小球同时落地;改变小球距地面的高度和击打的力度,多次实验,都能观察到两小球同时落地,说明A球在竖直方向的分运动与B球的运动情况相同,故根据实验,能判断出A球在竖直方向做自由落体运动,不能判断出A球在水平方向做匀速直线运动。
2.(6分)(2025·黑龙江双鸭山检测)频闪照相是研究变速运动常用的实验手段。在暗室中,频闪仪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。某物理小组利用图甲所示的装置探究平抛运动的特点。他们分别在该装置正上方和右侧正前方安装了频闪仪A、B并进行了拍摄,得到的频闪照片如图乙所示,O为抛出点,P为运动轨迹上某点。根据实验分析下列问题。
(1)图乙中,频闪仪B所拍摄的频闪照片为　　　　(选填“a”或“b”)。
(2)图乙中频闪照片b可以说明　 。
【答案】 (1)a
(2)小球在水平方向的分运动为匀速直线运动
【解析】 (1)频闪仪B记录的是小球竖直方向的运动情况,而小球在竖直方向做自由落体运动,其间位移逐渐变大,所以频闪仪B所拍摄的频闪照片为a。
(2)频闪照片b是频闪仪A所拍摄的,照片中频闪时间间隔内小球的位移大小相同,可以说明小球在水平方向的分运动为匀速直线运动。
3.(6分)(2025·浙江金华期末)用如图所示的实验方案来研究平抛运动的特点。在一块竖直放置的背景板上固定两个弧形轨道A、B,用于释放小铁球,斜槽末端切线均水平,板上还装有三个电磁铁C、D、E,其中电磁铁C、D可分别沿轨道A、B移动。在轨道A出口处有一个碰撞开关S,用以控制电磁铁D、E的电源通断,电磁铁E可以沿水平杆MN移动,当它吸上小铁球时,该小铁球中心与从轨道A射出的小铁球中心在同一水平线上。
调节球3的位置多次实验,发现球1和球3总是在空中相碰或同时落在轨道B的水平部分,则说明球1　　　　。调节电磁铁C、D到斜槽末端等高的不同位置,发现球1和球2总能相碰,则说明球1　　　　。(填字母)
A.竖直方向做匀速直线运动
B.竖直方向做自由落体运动
C.水平方向做匀加速直线运动
D.水平方向做匀速直线运动
【答案】 B　D
【解析】 调节球3的位置多次实验,发现球1和球3总是在空中相碰或同时落在轨道B的水平部分,说明两球在竖直方向的运动完全相同,则球1在竖直方向做自由落体运动,故B正确。调节电磁铁C、D到斜槽末端等高的不同位置,发现球1和球2总能相碰,说明两球在水平方向的运动相同,则球1水平方向做匀速直线运动,故D正确。
4.(10分)在做“探究平抛运动的特点”的实验时,通过确定小球做平抛运动时在木板上的对应位置,通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹,实验装置如图所示。
(1)实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,下列器材中还需要的是　　　　。
A.重垂线 B.秒表
C.弹簧测力计 D.天平
(2)实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上,实验前要检查斜槽末端是否水平,请简述你的检查方法: 　。
(3)关于这个实验,下列说法正确的是　　　　。(多选)
A.小球释放的初始位置越高越好
B.每次小球要从同一高度由静止释放
C.实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直
D.小球的平抛运动要尽量靠近木板但不接触
(4)在做该实验时,坐标纸应当固定在竖直的木板上,图中坐标纸的固定情况与斜槽末端的关系正确的是　　　　。
　
A B
　
C D
【答案】 (1)A　(2)将小球放在斜槽末端的任意位置,小球静止不动,则斜槽末端水平　(3)BCD　(4)C
【解析】 (1)实验时,除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外,还需要的是重垂线,选项A
正确。
(2)将小球放在斜槽末端的任意位置,小球静止不动,则斜槽末端水平。
(3)小球释放的初始位置并非越高越好,若是太高,导致水平初速度偏大,实验难以操作,故A错误;因为要画同一平抛运动的轨迹,每次释放小球的位置必须相同,且由静止释放,故B正确;小球在竖直方向做自由落体运动,水平方向做匀速运动,为了正确描绘其轨迹,必须使坐标纸上的竖线是竖直的,故C正确;实验要求小球滚下时要尽量靠近木板,但不能与木板接触,避免因摩擦而使运动轨迹改变,故D正确。
(4)小球从斜槽上滚下而做平抛运动,需要探究水平方向和竖直方向的分运动特点,故方格纸应该保持水平和竖直,坐标原点应该与小球球心在斜槽末端时在木板上的投影点重合,故C正确,A、B、D错误。
5.(10分)(2025·河北保定阶段练习)某实验小组通过实验研究,发现做平抛运动的小球在竖直方向上的运动规律跟自由落体的运动规律相同,于是他们又设计了研究水平方向上运动的实验。如图所示,在靠近竖直墙壁的水平桌面上固定一斜面体,小球从斜面上某点释放,滑到桌面上,然后从桌面边缘飞出做平抛运动。实验的操作步骤如下:
A.调节桌面水平,竖直墙面上与桌面平齐的点标记为O;
B.把裁成长条的白纸和复写纸,平贴在O点以下的竖直墙面上;
C.把小球从斜面上某点由静止释放,小球从水平桌面边缘飞出,撞击在竖直墙面上,通过复写纸在白纸上留下撞痕,标记为A;
D.垂直竖直墙面向右移动桌子,移动的距离为Δx;
E.再次把小球从斜面上同一点由静止释放,小球从水平桌面边缘飞出,在白纸上留下第二个撞痕,标记为B;
F.重复步骤D、E,得到更多的撞痕,标记为C、D、…;
G.用米尺测量O点到每个撞痕的距离,其中OA=H1,OB=H2,OC=H3,OD=H4……
(1)本实验斜面和桌面的粗糙程度对实验的精确度　　　(选填“有”或“无”)影响。
(2)在同一组实验中,小球从斜面上由静止释放时需满足什么条件 　 。
(3)判断水平方向小球做匀速运动的条件是　　　　　　(用题中的物理量表示)。
【答案】 (1)无　(2)从同一位置释放
(3)H1+3H3=3H2+H4
【解析】 (1)只要小球每次从斜面上同一位置由静止释放,无论是否存在摩擦阻力,小球从桌面边缘飞出时的速度均为定值,故本实验斜面和桌面的粗糙程度对实验的精确度没有影响。
(2)在同一组实验中,小球从斜面上由静止释放时需满足从同一位置释放。
(3)若小球水平方向做匀速直线运动,则移动每一个Δx小球运动的时间相等,竖直方向由匀变速直线运动推论可知,相同时间位移差恒定,故竖直方向相邻两个撞痕间距离差恒定,即(H1-H2)-(H2-H3)=(H2-H3)-(H3-H4),整理得 H1+3H3=3H2+H4。
6.(12分)(2025·河北邯郸阶段练习)如图所示,将“探究平抛运动的特点”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=0.420 m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v0、飞行时间t和水平位移d,记录在表格中。
(1)由表中数据可知,在h一定时,小球的水平位移d与其初速度v0成　　　　关系,与　　　　无关。
v0/(m·s-1) 0.741 1.034 1.318 1.584
t/ms 292.7 293.0 292.8 292.9
d/cm 21.7 30.3 38.6 46.4
(2)一名同学计算出小球飞行时间的理论值t理== s=289.8 ms,发现理论值与测量值之差约为3 ms。经检查,实验及测量无误,其原因是　　　　　　　　　　　　。
(3)另一名同学分析并纠正了上述偏差后,另做了这个实验,竟发现测量值t'依然大于自己得到的理论值t理',但二者之差在3～7 ms之间,且初速度越大差值越小。他对实验装置的安装进行检查,确认斜槽槽口与底座均水平,那么导致偏差的原因可能是 　 。
【答案】 (1)正比　时间
(2)重力加速度g的取值偏大,导致理论计算值偏小
(3)见解析
【解析】 (1)根据表中数据,当d每增加相同距离时,水平速度增加值相等,可知在h一定时,小球水平位移d与其初速度v0成正比,与时间无关。
(2)由于平抛运动在竖直方向做自由落体运动,根据t=解出的t偏小,产生影响的应该是g的大小,因为实际g值不可能达到10 m/s2,取值偏大。
(3)纠正了偏差以后,测量值依然大于理论值,且初速度越大差值越小,说明初速度是关键因素,从装置图发现光电门传感器位于水平槽口的内侧,传感器的中心到水平槽口(小球开始做平抛运动的位置)还有一段很小的距离,小球经过传感器到小球到达抛出点需要一小段时间,当速度越大时该时间越短,即造成偏差的原因是测定小球速度开始计时时,小球还未做平抛运动。(共27张PPT)
3　实验:探究
平抛运动的特点
1.通过阅读教材,知道抛体运动和平抛运动的概念,形成物理观念。2.通过设计实验方案,选择实验器材,进行实验操作,掌握实验探究过程,培养实验探究的能力。3.通过平抛运动轨迹的实验数据处理,探究平抛运动水平和竖直分运动的特点,培养科学思维能力。
[定位·学习目标]　
探究·必备知识
一、抛体运动和平抛运动
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。
二、探究平抛运动的特点
1.实验原理
设法记录做平抛运动的物体经过相等时间间隔所到达的位置,获得水平方向和竖直方向的位移随时间变化的具体数据,用描迹法画出小球平抛运动的轨迹,以抛出点为坐标原点建立直角坐标系,在轨迹上选取几个点,由其坐标数值探究平抛运动的特点。
2.实验器材
(1)频闪照相机、小钢球、铅笔、刻度尺、三角板。
(2)平抛实验装置、小钢球、白纸、复写纸、铅笔、刻度尺、三角板。
3.实验步骤
方案一　频闪照相(或录制视频)的方法
(1)如图甲所示是一个小球做平抛运动时的频闪照片。
(2)选小球开始运动的球心位置为原点建立坐标系,每3个小球(不计初始位置的球)取1个位置球,测量其对应的横坐标和纵坐标,如图乙所示,将测量数据填入自己设计的表格中。
(3)若频闪周期为T,则每相邻两球的时间间隔相等,都是T,即图乙中OA、AB、BC对应的时间间隔就是3T。
(4)比较x1-0、x2-x1、x3-x2、…的关系,探究水平方向运动的特点;比较y1、y2-y1、y3-y2、…及y2-2y1、y3-2y2、…的关系,探究竖直方向的运动特点。
方案二　分别研究水平和竖直方向的运动规律
步骤1:探究平抛运动竖直分运动的特点
(1)如图所示,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。观察两球的运动轨迹,比较它们落地时间的先后。
(2)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度,多次重复实验,发现两球仍同时落地,说明平抛运动在竖直方向的分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
(1)如图所示,安装实验装置,使斜槽M末端水平,使固定的背板竖直,并将一张白纸和复写纸固定在背板上,N为水平放置的可上下调节的倾斜挡板。
(2)让钢球从斜槽上某一高度滚下,从末端飞出后做平抛运动,使钢球的轨迹与背板平行。钢球落到倾斜的挡板N上,挤压复写纸,在白纸上留下印迹。
(3)上下调节挡板N,进行多次实验,每次使钢球从斜槽上同一位置由静止滚下,在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
(4)以斜槽水平末端端口处钢球球心在白纸上的投影点为坐标原点O,过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。
(5)取下坐标纸,用平滑的曲线把这些印迹连接起来,得到钢球做平抛运动的轨迹。
(6)根据步骤1中得到的平抛运动在竖直方向的分运动的规律,在轨迹上取竖直位移为y、4y、9y、…的点,即各点之间的时间间隔相等,测量这些点之间的水平位移,确定水平方向分运动的特点。
(7)结论:平抛运动在相等时间内水平方向的位移相等,即平抛运动水平方向为匀速直线运动。
4.误差分析
(1)作轨迹图时确定钢球运动的位置时不准确。
(2)量取轨迹上各点坐标时不准确。
(3)通过斜槽做平抛运动时斜槽末端没有调水平,钢球离开斜槽后不做平抛运动。
5.利用斜槽探究时的注意事项
(1)实验中必须调整斜槽末端水平,使钢球做平抛运动。(调节方法:将钢球放在斜槽末端水平部分,若钢球静止,则斜槽末端水平)
(2)背板必须处于竖直面内,使钢球的运动靠近白纸但不接触,固定背板时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。
(3)钢球每次必须从斜槽上同一位置由静止释放,这样可以使钢球每次的轨迹相同。
(4)坐标原点不是槽口的端点,应是钢球出槽口时钢球球心在背板上的投影点。
(5)释放钢球的位置高度要适中,以使钢球做平抛运动的轨迹由坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。
突破·关键能力
要点一　实验原理与操作
[例1] (2025·河南商丘期中)某同学做“探究平抛运动的特点”实验,实验装置如图甲所示,用小锤击打弹性金属片,A球沿水平方向抛出,同时B球自由落下。若某次实验,频闪照相机记录了两小球在不同时刻的位置如图乙所示。
(1)实验时,有以下两个步骤:①用小锤击打弹性金属片;②打开频闪仪。正确的操作顺序是　　　　。
A.先①后②
B.先②后①
C.①和②同时进行
B
【解析】 (1)为了避免频闪照片记录区域上方出现大量的空白,实验时,应先打开频闪仪,再用小锤击打弹性金属片。故B正确。
(2)根据图乙,任意时刻A、B两球竖直高度相同,可判断A球在竖直方向上做　　　　 　　运动,为判断A球水平方向的运动特征,应测出
　　　　　　　　　　　　　　并作对比。
自由落体
【解析】 (2)根据任意时刻A、B两球竖直高度相同,可判断A球在竖直方向上做自由落体运动;为判断出A球在水平方向上做匀速直线运动这一运动特点,需要依次测出A球相邻两位置的水平距离。
A球相邻两位置的水平距离
要点二　数据处理与误差分析
[例2] (2025·广东佛山阶段练习)在“探究平抛运动的特点”实验中,某学习小组用如图甲所示装置研究平抛运动。将印有方格的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。
(1)在实验中,某同学每次都将小球从斜槽的同一位置无初速度释放,并使小球从斜槽末端水平飞出。改变水平挡板的高度,就改变了小球在板上落点的位置。在印有小方格
(小方格的边长为L)的纸上记录下钢球以同一初速度做平抛运动途中的几个位置点如图乙中的a、b、c、d所示,已知a、b、c、d相邻两个位置点的时间间隔为T,说明小球在水平方向做　　　　　　运动,其速度大小为v0=　　　　　(用题中字母表示),小球在竖直方向做　　　　　　　运动,加速度大小a=　　　　(用题中字母表示)。
匀速直线
匀加速直线
(2)另一名同学设想小球先后从斜槽某处由静止释放,并将水平挡板依次放在图丙中1、2、3的位置,且1与2的间距等于2与3的间距。若三次实验中,小球从抛出点到落点的水平位移依次为x1、x2、x3,忽略空气阻力的影响,下列判断正确的是　　　　。
A.x2-x1>x3-x2 B.x2-x1C.x2-x1=x3-x2 D.无法判断
A
【解析】(2)由(1)中探究结果可知,小球在竖直方向上做匀加速直线运动,下落的速度越来越大,则下落相等位移所需时间越来越短,而小球在水平方向做匀速直线运动,所以x2-x1>x3-x2,故A正确。
要点三　创新实验设计
[例3] 某实验小组设计了“探究平抛运动水平分运动特点”的实验,装置如图甲所示。把白纸和复写纸叠放在一起固定在竖直木板上,在桌面上固定一个斜面,斜面的底边与桌子边缘及木板平行。将木板插入自制水平槽中,槽口间距相等用以改变木板到桌边的距离,让小球从斜面顶端同一位置静止滚下,通过碰撞复写纸,在白纸上记录小球的落点,重力加速度为g。
(1)为了完成实验,下列做法错误或不必要的是　　　　。(多选)
A.实验时应保持桌面水平
B.斜面的底边必须与桌边重合
C.将木板插入卡槽1,且紧靠桌子边缘,小球由某位置静止释放,白纸上小球落点记为O
D.依次将木板插入槽2、3、4,小球从同一位置静止释放,白纸上落点分别记为a、b、c
E.选择对小球摩擦力尽可能小的斜面
F.更换白纸,重复几次实验
BE
【解析】 (1)为了确保小球飞出后的速度方向沿水平方向,实验时应保持桌面水平,故A正确;实验中只需要保持小球飞出后的速度大小一定,方向沿水平方向,可知斜面的底边不要求必须与桌边重合,故B错误;实验中需要记下小球在白纸上留下的痕迹,将木板插入卡槽1,且紧靠桌子边缘,小球由某位置静止释放,白纸上小球的落点记为O,故C正确;实验中需要记下小球在白纸上留下的痕迹,依次将木板插入槽2、3、4,小球从同一位置静止释放,白纸上的落点分别记为a、b、c,故D正确;当小球每次均从同一位置静止释放时,小球所受摩擦力对运动的影响相同,小球飞出的初速度相等,即实验中不需要选择对小球摩擦力尽可能小的斜面,故E错误;为了减小实验误差,需要更换白纸,重复几次实验,故F正确。
(2)选取落点清晰的白纸如图乙所示,用刻度尺测出相邻两点之间的距离分别为y1、y2、y3及相邻槽口间的距离为x,若y1∶y2∶y3=　　　 　　,说明平抛运动在水平方向是匀速直线运动。
【解析】 (2)由于实验中记录的O、a、b、c为竖直方向的运动位置,且O点对应的竖直速度vy0=0,若满足y1∶y2∶y3=1∶3∶5,说明竖直方向做匀加速直线运动且间隔时间相等。由于槽口间距又相等,则说明平抛运动在水平方向是匀速直线运动。
1∶3∶5
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