《创新课堂》第五章 抛体运动 3.实验：探究平抛运动的特点 课件 高中物理必修第二册（人教版）

(共51张PPT)
3.实验：探究平抛运动的特点
01
实验基础落实
02
实验技能培养
03
课时作业
目 录
01
PART
实验基础落实
一、实验目的
1. 知道抛体运动、平抛运动的概念。
2. 会设计实验探究平抛运动两个分运动的特点，并描绘出平抛运动的
轨迹。
3. 会用对比法分别探究平抛运动竖直方向和水平方向的分运动特点。
二、实验原理
1. 抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力 的情况
下，物体只受 作用的运动。
2. 平抛运动：初速度沿 方向的抛体运动。
3. 平抛运动的特点
（1）初速度沿 方向。
（2）只受 作用。
可以忽略　
重力　
水平　
水平　
重力　
4. 平抛运动的分解方法
由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受到竖直向下的重力作
用，可尝试将平抛运动分解为 方向的分运动和 方向的分
运动。
水平　
竖直　
三、参考方案
方案一：频闪照相（或录制视频）法
（1）通过频闪照相（或录制视频），获得小球做平抛运动时的频闪照片
（如图1所示）。
（2）以抛出点为原点，建立直角坐标系。
（3）通过频闪照片描出小球经过相等时间间隔所到达的位置。
（4）测量出T、2T、3T…时间内小球做平抛运动的水平位移和竖直位移，
并填入表格。
（5）分析数据得出小球水平分运动和竖直分运动的特点。
抛出时间 T 2T 3T 4T 5T
水平位移
竖直位移
结论 水平分运动特点 竖直分运动特点 （一）探究平抛运动竖直分运动的特点
1. 实验步骤
（1）如图2所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做平抛运动；同时B球被释放，做自由落体运动。观察两球的运动轨迹，听它们落地的声音。
方案二：分别研究水平方向和竖直方向分运动的规律
（2）分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，发现两球仍同时
落地。
2. 实验结论：平抛运动在竖直方向的分运动为自由落体运动。
（二）探究平抛运动水平分运动的特点
1. 实验器材
、小钢球、白纸、 、铅笔、刻度尺、三角板。
斜槽　
复写纸　
2. 实验步骤
（1）如图3所示，安装实验装置，使斜槽M末端切线 ，使固定的背板 ，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。
水平　
竖直　
（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 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
由静止滚下，在白纸上记录钢球所经过的多个位置。
轨迹　
同一位置　
3. 数据处理
（1）以斜槽水平末端端口处钢球球心在白纸上的投影点为
O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴。
（2）取下坐标纸，用 的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做
平抛运动的轨迹。
（3）根据钢球在竖直方向是自由落体运动的特点，在轨迹上取竖直位移
为y、4y、9y…的点，即各点之间的 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。
（4）实验结论：平抛运动在相等时间内水平方向位移相等，平抛运动水
平方向为 运动。
坐标原
点　
平滑　
时间间隔　
匀速直线　
4. 误差分析
（1）安装斜槽时，其末端切线不水平，导致小钢球离开斜槽后不做平抛
运动。
（2）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。
（3）小钢球每次自由滚下时，起始位置不完全相同，导致轨迹出现误
差。
（4）确定小钢球运动的位置时不准确，会导致误差。
（5）量取轨迹上各点坐标时不准确，会导致误差。
5. 注意事项
（1）实验中必须调整斜槽末端的切线水平（检验斜槽末端是否水平的方
法是将小钢球放在斜槽末端水平部分，看其是否能保持静止）。
（2）背板必须处于竖直平面内，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否
竖直。
（3）小钢球每次必须从斜槽上同一位置滚下。
（4）坐标原点不是槽口的端点，应是小钢球出槽口时球心在木板上的投
影点。
（5）小钢球开始滚下的位置高度要适中，以使小钢球平抛运动的轨迹由
坐标纸的左上角一直到达右下角为宜。
02
PART
实验技能培养
类型一｜教材原型实验
【例1】　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
。
解析： 在击打金属片时，金属片把A球沿水平方向弹出，A球做平抛运动，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落地，说明A球与B球在竖直方向上的运动规律相同，即说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动。
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　
解析： 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，小球P做平抛运动，小球Q沿水平方向做匀速直线运动，可以看到P球
落地时刚好和Q球相遇；当改变弧形轨道M的高度时，两小球仍能相遇，
说明平抛运动在水平方向的运动规律与匀速直线运动规律相同，即说明平
抛运动在水平方向上是匀速直线运动。
【例2】　在做“探究平抛运动的特点”的实验时：
（1）钢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 这一器材来确定的。
解析： 竖直方向用重垂线确定，因为钢球在竖直方向所受的重力是
竖直向下的。
重垂线　
（2）某同学通过实验得到的轨迹如图所示，由轨迹可知，竖直距离
yOA∶yAB∶yBC＝ ， 运动时间tOA∶tAB∶tBC＝ ，这
表明竖直方向是初速度为 的 运动。
解析： 由轨迹可知，竖直距离yOA∶yAB∶yBC＝1∶3∶5；由于水平距离xOA＝xAB＝xBC，则tOA＝tAB＝tBC，所以tOA∶tAB∶tBC＝1∶1∶1；在连续相等的时间内，竖直方向的位移之比为1∶3∶5…，表明竖直方向是初速度为零的匀加速运动，O点就是抛出点。
1∶3∶5　
1∶1∶1　
零　
匀加速　
类型二｜拓展与创新实验
【例3】　如图，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。
改变小球在斜槽轨道上下滑的起始位置，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，记录在表中。
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
（1）由表中数据可知，在h一定时，小球水平位移d与其初速度v0成
关系。
解析： 由题表中数据可知，h一定时，小球的水平位移d与其初速度v0
成正比关系。
正
比　
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）一位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 。
解析： 该同学计算时重力加速度取的是10 m/s2，而实际重力加速度
约为9.8 m/s2，g的取值大于实际值，故导致约3 ms的偏差。
计算时重力加速度的取值（10 m/s2）大于实际值　
（3）另一位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。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 　　。
答案： 见解析
解析： 光电门传感器置于槽口的内侧，使时间的测量值大于理论
值，且初速度越大，二者差值越小。
创新分析
1. 实验器材的创新：用光电门传感器和碰撞传感器测量小球的初速度和飞
行时间。
2. 实验目的的创新：利用测得的实验数据分析误差产生的原因。
03
PART
课时作业
1. （2025·河南周口高一期末）在“研究小球做平抛运动的规律”的实验中：
1
2
3
4
5
6
如图甲所示的实验中，观察到两球
同时落地，说明平抛运动在竖直方向做 ；如图乙所示的实验：将两个光滑斜轨道固定在同一竖直面内，滑道末端水平，把两个质量相等的小钢球，从斜面的相同高度由静止同时释放，观察到球1落到水平板上并击中球2，这说明平抛运动在水平方向做 。
自由落体运动　
匀速直线运动　
解析：用小锤打击弹性金属片，B球就水平飞出，同时A球被松开，做
自由落体运动，两球同时落到地面，则说明平抛运动竖直方向做的是
自由落体运动；因为观察到的现象是球1落到水平木板上击中球2，可
知球1在水平方向上的运动规律与球2相同，即平抛运动在水平方向上
做匀速直线运动。
1
2
3
4
5
6
2. 某物理兴趣小组在做探究平抛运动的特点实验时，使小
球做平抛运动，用频闪照相机对准方格背景照相，拍摄到
了如图所示的照片，已知每个小方格边长为9.8 cm，当地
的重力加速度取g＝9.8 m/s2。
（1）若以拍摄的第“1”点为坐标原点，水平向右和竖直向下为平面直角
坐标系坐标轴的正方向，则没有被拍摄到的小球（在图中没有方格的区域
内）位置“4”坐标为 [用图中格数表示坐标，比如图中标记
为“2”的小球坐标为（2，1）]；
（6，6）　
1
2
3
4
5
6
解析： 小球在水平方向做匀速直线运动，所以相邻两点间的水平距离等于2个小方格的边长，小球在竖直方向做自由落体运动，根据运动学规律可知相邻两次曝光时间内小球的竖直距离之差恒定，为1个小方格的边长，由此可推知小球位置“4”坐标为（6，6）。
1
2
3
4
5
6
（2）该照相机的频闪频率为 Hz；
解析： 设该照相机频闪时间间隔为T，则根据前面分析可得Δy＝L＝
gT2，解得T＝0.1 s
所以该照相机的频闪频率f＝＝10 Hz。
10　
（3）小球做平抛运动的初速度大小为 m/s。
解析：小球做平抛运动的初速度大小为v0＝＝1.96 m/s。
1.96　
1
2
3
4
5
6
3. 用如图所示的装置研究平抛运动。将白纸和复写纸
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
近硬板的一侧较低，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）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。取平
抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的 （选填
“最上端”“最下端”或“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y
轴时 （选填“需要”或“不需要”）y轴与重垂线平行。
球心　
需要　
1
2
3
4
5
6
解析： 因为钢球侧面在白纸上挤压出的痕迹点与球心等高，所以将
钢球静置于Q点，钢球的球心对应白纸上的位置即为坐标原点（平抛运动
的起始点）；在确定y轴时需要y轴与重垂线平行。
1
2
3
4
5
6
（2）为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其
中可行的是 （填选项前字母）。
A. 从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹
B. 用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各
位置，即可得到平抛运动轨迹
C. 将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度
水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
AB　
1
2
3
4
5
6
解析：将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初
速度水平抛出，因为铅笔笔尖与笔尾受力不同，铅笔将不能保持始终垂直
于竖直的白纸板运动而发生倾斜，所以不会在白纸上留下笔尖的平抛运动
轨迹，故C错误；由平抛运动规律可知，A、B方案可行，故A、B正确。
1
2
3
4
5
6
4. 如图所示，在竖直板上不同高度处各固定两个
完全相同的圆弧轨道，轨道的末端水平，在它们相
同的位置上各安装一个电磁铁，两个电磁铁由同
一个开关控制，通电后，两电磁铁分别吸住两个相
同的小铁球A、B，断开开关，两个小铁球同时开始
运动。离开圆弧轨道后，A球做平抛运动，B球进入一个光滑的水平轨道，则：
（1）球B在光滑的水平轨道上做 运动；实验过程中观察到球
A正好砸在球B上，由此现象可以得出平抛运动水平方向的分运动为
的结论。
匀速直线　
匀速
直线运动　
1
2
3
4
5
6
解析： 球B在光滑的水平轨道上所受合外力为零，做匀速直线运动，实验过程中观察到球A正好砸在球B上，由此现象可以得出平抛运动水平方向的分运动为匀速直线运动的结论。
1
2
3
4
5
6
（2）若两个小球相碰的位置恰好在水平轨道上的P点处，固定在竖直板上
的方格纸为正方形小格，每小格的边长均为5 cm，则可算出球B到达P点时
的速度为 m/s。（g取10 m/s2）
解析： 由题图可知，球A竖直方向的位移为y＝
0.45 m，且y＝gt2；球A水平方向的位移为x＝0.3
m，且x＝v0t，联立解得v0＝1 m/s，所以球B到达P点
时的速度为1 m/s。
1　
1
2
3
4
5
6
5. （2025·海南海口高一期中）某实验小组用如图甲所示的装置研究平抛
运动及其特点，他的实验操作是：在小球A、B处于同一高度时，用小锤轻
击弹性金属片，使A球水平飞出，同时B球被松开下落。
1
2
3
4
5
6
（1）甲实验的现象是小球A、B同时落地，说明
；
解析： 甲实验时，小球A做平抛运动，小球B做自由落体运动，则实
验现象是小球A、B同时落地，说明小球A在竖直方向的分运动是自由落体
运动。
小球A在竖直方向的分
运动是自由落体运动　
1
2
3
4
5
6
（2）现将A、B球恢复初始状态后，用比较大的力敲击弹性金属片，A球
落地点变远，则在空中运动的时间 （填“变大”“不变”或“变
小”）；
解析： 将A、B球恢复初始状态后，用比较大的力敲击弹性金属片，
A球落地点变远，可下落的高度不变， 由自由落体运动下落时间t＝可
知，则在空中运动的时间不变。
不变　
1
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6
（3）安装图乙研究平抛运动实验装置时，保证斜槽末端水平，斜槽
（填“需要”或“不需要”）光滑；
解析： 安装图乙研究平抛运动实验装置时，保证斜槽末端水平，使
小球每次都做平抛运动，由于小球每次都是从斜槽上同一位置开始释放，
不管斜面是否光滑，在粗糙程度相同时小球到斜槽底端的速度大小相同，
因此斜槽不需要光滑。
不
需要　
1
2
3
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5
6
（4）然后小明用图乙所示方法记录平抛运动的轨迹，由于没有记录抛出
点，如图丙所示，数据处理时选择A点为坐标原点（0，0），丙图中小方
格的边长均为20 cm，重力加速度g取10 m/s2，则小球平抛初速度的大小
为 m/s，小球在B点速度的大小为 m/s。
3　
5　
1
2
3
4
5
6
解析： 由题图丙可知，两计数点间，小球在水平方向的位移相等，
可知两计数点间的时间间隔相等，小球在竖直方向做自由落体运动，因此
由匀变速直线运动的推论Δy＝gT2可得：
T＝＝ s＝0.2 s
则小球平抛初速度的大小为v0＝＝ m/s＝3 m/s
小球在y轴方向由匀变速直线运动在某段时间内中间时刻的瞬时速度等于这
段时间内的平均速度，可得小球在B点y轴方向速度的大小为vy＝＝
m/s＝4 m/s
小球在B点速度的大小为vB＝＝ m/s＝5 m/s。
1
2
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4
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6
6. （2025·广东广州高一期中）图甲是某种“研究平抛运动”的实验装
置，斜槽末端口N与Q小球离地面的高度均为H，实验时，当P小球从斜槽
末端与挡片相碰后水平飞出，同时由于电路断开使电磁铁释放Q小球，发
现两小球同时落地，改变H大小，重复实验，P、Q仍同时落地。（两球下
落过程不发生碰撞）
1
2
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（1）关于实验条件的说法，正确的有 （填选项前字母）。
A. 斜槽轨道必须光滑
B. P球的质量必须大于Q球的质量
C. P小球每次必须从斜槽上相同的位置无初速度释放
D. P小球可以从斜槽上不同的位置无初速度释放
D　
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6
解析： 在研究小球做平抛运动规律的实验中，并不需要斜槽轨道光
滑，只要保证小球做平抛运动即可，斜槽是否光滑对实验没有影响，故A
错误；P球不与Q球直接发生碰撞，P球从斜槽上无初速度释放后在斜槽末
端只需与挡片相碰就可使电路断开使电磁铁释放Q小球，这个对照实验验
证了做平抛运动的小球在竖直方向做自由落体运动，与P、Q两小球的质量
无关，故B错误；该实验过程只为验证做平抛运动的小球在竖直方向做自
由落体运动，并不是为了得到平抛运动的轨迹，因此不需要保证小球每次
做平抛运动的初速度相同，所以P小球可以从斜槽上不同的位置无初速度
释放，故C错误，D正确。
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（2）在某次实验过程中，将背景换成方格纸，通过频闪摄影的方法拍摄
到如图乙所示的小球做平抛运动的照片，小球在平抛运动中的几个位置如
图中的a、b、c、d所示，图中每个小方格的边长为L＝1.6 cm，则频闪相
机的拍照频率f＝ Hz，该小球平抛时的速度大小v0＝ m/s，
c点的竖直分速度大小为 m/s。（结果保留2位有效数字，重力加速
度g取10 m/s2）
25　
0.80　
1.0　
1
2
3
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解析： 平抛运动在竖直方向做自由落体运动，在竖直方向由逐差相
等可得：
ycd－ybc＝3L－2L＝gT2
解得：T＝0.04 s
根据周期与频率之间的关系可得f＝＝25 Hz
水平方向做匀速直线运动，根据坐标纸中的点迹可得，在水平方向2L＝v0T
解得v0＝0.80 m/s
根据匀变速直线运动中，一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度
可知在c点竖直分速度vcy＝＝1.0 m/s。
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THANKS
演示完毕 感谢观看