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第五章抛体运动
第3节实验：探究平抛运动的特点
【素养目标】
通过探究平抛运动。归纳出平抛运动的特点。
【必备知识】
知识点1平抛运动及其性质
1.抛体运动
以一定的速度将物体抛出，如果物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动；抛体运动开始时的速度叫作初速度。
2.平抛运动的定义
将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，不考虑空气阻力，物体只在重力作用下所做的运动，叫作平抛运动。
3.平抛运动的条件
物体做平拋运动的条件:(1)物体具有水平方向的初速度;(2)运动过程中只受重力作用。
4.平抛运动的性质
由于做平抛运动的物体只受重力，由牛顿第二定律知，平抛运动的加速度恒为g,是匀变速运动;又因重力方向与速度方向不在同一直线上，物体做曲线运动,因此平抛运动是匀变速曲线运动。
知识点2探究平抛运动的思路
1.平抛运动规律研究方案的构思
(1)将曲线运动分解为直线运动，即将平抛运动分解成水平方向和竖直方向的直线运动。
(2)由力的独立作用原理推测做平抛运动的物体在不同方向上的运动情况:
①水平方向上不受力的作用，做匀速直线运动。
②竖直方向上初速度为零,只受重力作用，做自由落体运动。
设计具有同等条件的分运动与平抛运动进行对比实验。
巧记方法
探究思想:“化曲为直,化繁为简,分别对比”。
2.平抛运动规律的研究方法
(1)对比实验法
将与平抛运动的初速度相同的水平匀速直线运动和平抛运动的水平分运动对比，将同时发生的自由落体运动和平抛运动的竖直方向的分运动对比。
(2)轨迹研究法
描出平抛运动的轨迹，建立起水平、竖直的直角坐标系。根据对平抛运动情况的猜测，假定物体在水平方向做勾速直线运动，确定运动时间相等的一些点的坐标，研究物体在竖直方向运动的位移随时间的变化规律,并验证猜测。
知识点3实验方案的设计和分析
方案一:运用对比实验法探究平抛运动
探究做平抛运动的物体在竖直方向上的运动规律
(1)实验
按图所示操作实验,用小锤击打弹性金属片,因金属片C受到小锤的击打，向前推动小
钢球A,小钢球A具有水平初速度，做平抛运动，同时松开小钢球B,使B从孔中自由落下，做自由落体运动。
(2)分析
仔细观察可以得知，不管小钢球距地面的高度为多大，也不管小锤击打金属片的力度多大(小锤击打金属片的力度越大,小钢球A水平抛出的初速度越大)，两小钢球每次都是同时落地，说明两小钢球在空中运动的时间相等，也就说明了做平抛运动的物体在竖直方向上的分运动是自由落体运动。
(3)结论
做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。
2.探究做平抛运动的物体在水平方向上的运动规律
(1)实验
图所示的装置中，两个相同的弧形轨道M、N上端分别装有电磁铁C、D;调节C、D的高度,使AC=BD。将小铁球P、Q分别吸在C、D上，然后切断电源，使球以相同的初速度分别同时从M、N的下端水平射出,其中与轨道N相切的水平面光滑。
实验结果是两铁球同时到达E处，只增大或者减小轨道M的高度再进行实验,结果两铁球总是发生碰撞。
(2)分析
只改变轨道M的高度，相当于只改变P球做平抛运动的竖直高度,发现P、Q两球总是相遇，即P球在水平方向上的运动不因P球在竖直方向上运动时间的长短而改变，总是和在水平面上做匀速直线运动的Q球有完全相同的运动情况。
(3)结论
做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动，平抛运动的各分运动具有独立性。
方案二:运用描迹法探究平抛运动
1.描点连线法
实验装置如图所示。小钢球从斜槽上滚下，冲过水平槽飞出后做平抛运动。每次都使小钢球在斜槽上同一位置滚下，小钢球在空中做平抛运动的轨迹就是一定的，设法用铅笔描出小钢球经过的位置。通过多次实验，在竖直白纸上记录小钢球所经过的多个位置，连起来就得到小钢球做平抛运动的轨迹。
频闪照相法
用频闪照相法可记录平抛运动的轨迹。如图所示，由于相邻两帧照片间的时间间隔相等，只要测出相邻两帧照片中小钢球运动的水平距离，就很容易判断平抛运动在水平方向上的运动特点。
3.喷水法
如图所示，倒置的塑料瓶内装有水，瓶塞内插有两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，加上一个很细的喷嘴。直管的作用是保证喷出的水的流速(平抛的初速度)不受瓶内水面高度的影响。
水从喷嘴中喷出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，设法将它描在背后的纸上就能得到平抛运动的轨迹。
【课堂检测】
1．关于平抛运动下列说法正确的是（　　）
A．平抛运动是匀速直线运动
B．平抛运动是加速度不变的运动
C．平抛运动是加速度变化的运动
D．平抛运动的落地时的速度可能是竖直向下的
【答案】B
【解析】ABC．平抛运动初速度不为零且水平，运动过程中只受竖直向下的重力，加速度始终为重力加速度，所以平抛运动为匀变速曲线运动，选项AC错误，B正确；
D．平抛运动水平方向上做匀速直线运动，根据速度的合成可知平抛运动的速度任何时刻都不可能竖直向下，选项D错误。
故选B。
2．下列关于曲线运动的描述中，正确的是（　　）
A．曲线运动的速度大小可以不变，所以做曲线运动的物体不一定有加速度
B．曲线运动的速度一定变化，加速度也一定变化
C．在恒力作用下，物体不可能做曲线运动
D．曲线运动的速度一定变化，做曲线运动的物体一定有加速度
【答案】D
【解析】AD．既然是曲线运动，它的速度的方向必定是改变的，所以曲线运动一定是变速运动，一定有加速度，故A错误，D正确；
BC．既然是曲线运动，它的速度的方向必定是改变的，在恒力作用下，物体可以做曲线运动，如平抛运动，加速度始终是g，保持不变，故BC错误。
故选D。
【素养作业】
1．决定一个做平抛运动的物体在空中运动时间的因素是（　　）
A．抛出时的初速度
B．抛出时的竖直高度
C．抛出时的竖直高度与初速度
D．以上均不正确
【答案】B
【解析】平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，根据自由落体运动的规律可知，其运动时间由高度决定，抛出时的竖直高度与初速度决定了平抛的水平射程。
故选B。
2．某质点在一段时间内做曲线运动，则在此段时间内（　　）
A．速度可以不变，加速度一定在不断变化
B．做曲线运动的物体，加速度一定不为零
C．物体做曲线运动时，合力一定是变力
D．曲线运动不可能是一种匀变速运动
【答案】B
【解析】AB．做曲线运动的物体速度一定变化，加速度一定不为零，但是加速度不一定变化，例如平抛运动，选项A错误，B正确；
C．物体做曲线运动时，合力不一定是变力，例如平抛运动，选项C错误；
D．曲线运动也可能是一种匀变速运动，例如平抛运动，选项D错误。
故选B。
3．篮球是受大众喜爱的运动项目。如图所示，一同学将一篮球从地面上方
B
点斜向上与水平方向成
θ
角（即抛射角）抛出，刚好垂直击中篮板上
A
点，不计空气阻力．若该同学从抛射点
B
向远离篮板方向水平移动一小段距离，仍使抛出的篮球垂直击中
A
点，则可行的是（
）
A．增大抛射角θ，同时减小抛出速度
v0
B．减小抛射角θ，同时增大抛射速度v0
C．增大抛射角θ，同时增大抛出速度v0
D．减小抛射角θ，同时减小抛射速度
v0
【答案】B
【解析】由于篮球垂直击中A点，其逆过程是平抛运动，抛射点B向远离篮板方向水平移动一小段距离，由于平抛运动的高度不变，运动时间不变，水平位移变大，初速度变大。落地时水平速度变大，竖直速度不变，则落地速度方向与水平面的夹角变小。因此只有减小抛射角，同时增大抛出速度，才能仍垂直打到篮板上。故B正确，ACD错误。
故选B。
4．如图所示，A、B两物体在同一竖直线上，将A物体以初速度v0水平向左抛出，同时B物体开始沿斜面向上做匀速直线运动，A在落到斜面上之前，一直在B的正上方，则B的速度的大小为（　　）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解析】根据题意可得物体B的水平方向的分速度等于物体A
的水平方向的速度，则有
解得
故A正确，B、C、D错误；
故选A。
5．将物体以一定的初速度水平抛出，不计空气阻力，经过时间，其速度方向与水平方向夹角为37°，再经过时间，其速度方向与水平方向夹角为53°，已知，，则为（
）
A．9：7
B．7：9
C．16∶9
D．9∶16
【答案】A
【解析】设初速度为，则
解得
，
且
解得
则
则
故选：A。
6．一架飞机在高空中由西向东沿水平方向做匀速飞行，飞机每隔相同时间空投一个物体，共连续空投了6个物体（不计空气阻力）。下图是从地面某时刻观察到的6个空投物体的位置，其中正确的是（）
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【解析】因为物体做平抛运动运动，飞机做匀速直线运动，则平抛运动的水平速度都等于飞机的速度，则对于某物体来说某时刻水平位移等于飞机的位移，则物体总是在飞机的正下方，即六个物体在飞机正下方排成一列竖直直线，因在竖直方向上做自由落体运动，所以相等时间间隔内的位移越来越大。ABC图不符合题意，D图符合题意。
故选D。
7．农民在精选谷种时，常用一种叫“风车”的农具进行分选．在同一风力作用下，谷种和瘪谷（空壳）都从洞口水平飞出，结果谷种和瘪谷落地点不同，自然分开，如图所示．若不计空气阻力，对这一现象，下列分析正确的是（
）
A．谷种飞出洞口时的速度比瘪谷飞出洞口时的速度大些
B．谷种和瘪谷飞出洞口后都做匀变速曲线运动
C．谷种和瘪谷从飞出洞口到落地的时间不相同
D．M处是谷种，N处是瘪谷
【答案】B
【解析】A．在大小相同的风力作用下，风车做的功相同，由于谷种的质量大，所以离开风车时的速度小，所以A错误；
B．谷种和瘪谷做的是平抛运动，平抛运动是匀变速曲线运动，故谷种和瘪谷飞出洞口后都做匀变速曲线运动，所以B正确；
C．平抛运动在竖直方向做自由落体运动，高度相同，故运动时间相同，所以C错误；
D．由于谷种飞出时的速度较小，而谷种和瘪谷的运动的时间相同，所以谷种的水平位移较小，瘪谷的水平位移较大，所以M处是瘪谷，N处是谷种，所以D错误。
故选B。
8．如图所示是研究平抛运动时，用频闪照相拍下的A、B两小球同时开始运动的照片，相邻两次闪光之间的时间间隔都相等．A无初速释放，B水平抛出．通过观察发现，尽管两个小球在水平方向上的运动不同，但是它们在竖直方向上总是处在同一高度．该实验现象说明（
）
A．B球水平方向的分运动是匀速直线运动
B．B球水平方向的分运动是匀加速直线运动
C．B球竖直方向的分运动是匀速直线运动
D．B球竖直方向的分运动是自由落体运动
【答案】D
【解析】尽管两个小球在水平方向上的运动不同，但是它们在竖直方向上总是处在同一高度．该实验现象说明了B球开始运动后，不能说明水平方向的运动，但是竖直方向两物体运动情况完全相同，即竖直方向的分运动是自由落体运动。
故选D。

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