3 实验：研究平抛运动
?(多选)利用如图5-3-1所示的实验装置做“研究平抛运动”的实验时，为了减小误差，应采取的措施是( )
图5-3-1
A．斜槽轨道必须光滑
B．斜槽轨道末端必须水平
C．用密度比较大的小球
D．小球从斜槽上释放的高度要逐渐降低
? 图5-3-2是用频闪照相法研究平抛运动时拍下的A、B两小球同时从同一位置开始运动的照片．A球由静止释放，B球水平抛出．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．该实验现象说明了B球开始运动后( )
图5-3-2
A．在竖直方向的分运动是自由落体运动
B．在竖直方向的分运动是匀速直线运动
C．在水平方向的分运动是曲线运动
D．在水平方向的分运动是匀加速直线运动
? 某同学利用如图5-3-3所示的实验装置测量平抛运动的初速度，三次操作中小球在白纸上留下的痕迹如图所示．为减小测量误差，应选痕迹( )
图5-3-3
A．a
B．b
C．c
D．选哪条痕迹对测量误差无影响
?[2017·山西太原五中期中] 如图5-3-4所示，在研究平抛运动时，小球A沿轨道滑下，离开轨道末端(末端水平)时撞开轻质接触式开关S，此时被电磁铁吸住的小球B自由下落．改变整个装置的高度做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两球总是同时落地．该实验现象说明了球A在离开轨道后________．
图5-3-4
A．水平方向的分运动是匀速直线运动
B．水平方向的分运动是匀加速直线运动
C．竖直方向的分运动是自由落体运动
D．竖直方向的分运动是匀速直线运动
? 为了探究影响平抛运动水平射程的因素，某同学通过改变抛出点的高度及初速度的方法做了6次实验，实验数据记录如下表：
序号
抛出点的高度/m
水平初速度/(m·s－1)
水平射程/m
1
0.20
2
0.40
2
0.20
3
0.60
3
0.45
2
0.60
4
0.45
4
1.20
5
0.80
2
0.80
6
0.80
6
2.40
以下探究方案符合控制变量法的是( )
A．若探究水平射程与高度的关系，可用表中序号为1、3、5的实验数据
B．若探究水平射程与高度的关系，可用表中序号为2、4、6的实验数据
C．若探究水平射程与初速度的关系，可用表中序号为1、3、5的实验数据
D．若探究水平射程与初速度的关系，可用表中序号为2、4、6的实验数据
? 三个同学根据不同的实验条件，进行了“探究平抛运动规律”的实验．
(1)a同学采用如图5-3-5甲所示的装置．用小锤打击弹性金属片，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，改变小锤打击的力度，即改变A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明______________________________________．
(2)b同学采用如图乙所示的装置．两个相同的弧形轨道M、N分别用于发射小铁球P、Q，其中N的末端与光滑的水平板相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D.调节电磁铁C、D的高度，使AC＝BD，从而保证小铁球P、Q在轨道出口处的水平初速度v0相等．现将小铁球P、Q分别吸在电磁铁C、D上，然后切断电源，使两小铁球能以相同的初速度v0同时分别从轨道M、N的下端射出．实验可观察到P、Q两球相碰．仅仅改变弧形轨道M、N的高度且仍保持两者高度相等，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明________________________．
图5-3-5
(3)c同学采用频闪照相的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片．图中每个小方格的边长为10 cm，则由图可求得该小球平抛的初速度大小为________m/s.(g取10 m/s2)
? [2016·重庆名校联盟期中] 图5-3-6甲是“研究平抛物体的运动”的实验装置图．g取10 m/s2.
图5-3-6
(1)实验前应对实验装置反复v调节，直到斜槽末端的切线________．每次让小球从同一位置由静止释放，是为了使每次平抛的________．
(2)图乙是正确实验后取得的数据，其中O为抛出点，则此小球做平抛运动的初速度为________m/s.
(3)在另一次实验中将白纸换成方格纸，每小格的边长L＝0.8 cm，通过实验，记录了小球在运动过程中的三个位置，如图丙所示，则该小球做平抛运动的初速度为________m/s，运动到B点时的竖直分速度为________m/s.
? 在“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5-3-7所示的装置，先将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面钉上复写纸和白纸，并将该木板竖直立于槽口附近处．使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞到木板上并在白纸上留下痕迹A；将木板向远离槽口的方向平移距离x，再使小球从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，小球撞在木板上留下痕迹B；将木板再向远离槽口的方向平移距离x，小球还从斜槽上紧靠挡板处由静止释放，留下痕迹C.现在已测得木板每次移动的距离x＝10.00 cm，A、B间的距离y1＝4.78 cm，B、C间的距离y2＝14.58 cm.(g取9.80 m/s2)
图5-3-7
(1)根据以上直接测量的物理量得到小球平抛的初速度为v0＝________(用题中所给字母表示)．
(2)小球初速度的测量值为________m/s.(保留两位有效数字)
1. BC [解析] 要使小球做平抛运动，小球飞出的速度方向应为水平，B正确；要保证小球每次运动的轨迹相同，需要保证小球的初速度相同，只要让小球每次都从同一位置由静止开始下落即可，不管轨道是否光滑，小球的运动情况都相同，小球获得的速度都相同，A、D错误；小球做平抛运动，要减小空气阻力的影响，故需要用密度较大的小球，C正确．
2．A [解析] 因为两小球同时运动，两小球在竖直方向上下落的高度始终相同，所以两小球在竖直方向上的运动规律相同，可知平抛运动在竖直方向上的分运动是自由落体运动，根据该实验现象无法得出水平方向上的运动规律，A正确，B、C、D错误．
3．B [解析] 为减小速度的测量误差，需减小水平位移和竖直位移的测量误差，使两分位移都尽量大一些，故B正确．
4．C [解析] 球A撞开开关做平抛运动的同时，球B被释放做自由落体运动，两球同时落地，将球A的运动沿水平方向和竖直方向正交分解，两个分运动同时发生，具有等时性，因而球A的竖直分运动与球B的运动时间相等，改变整个装置的高度H做同样的实验，发现位于同一高度的A、B两个小球总是同时落地，说明在任意时刻两球均处于同一高度，即球A的竖直分运动与球B的运动完全相同，说明了平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，选项C正确．
5．A
6．(1)平抛运动的竖直分运动是自由落体运动 (2)平抛运动的水平分运动是匀速直线运动 (3)2
[解析] (1)在打击金属片时，两小球同时分别做平抛运动与自由落体运动，结果同时落地，则说明平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动．(2)让两小球同时从相同的弧形轨道上的相同高度滚下，从而使两小球同时滚离轨道并具有相同的速度．小球P做平抛运动，小球Q做匀速直线运动，两小球相遇则说明平抛运动在水平方向的分运动是匀速直线运动．(3)平抛运动可看成竖直方向的自由落体运动与水平方向的匀速直线运动的合运动．在竖直方向上，由Δh＝gt2可得t＝＝＝0.1 s；在水平方向上，由x＝v0t可得v0＝＝＝2 m/s.
7．(1)水平 初速度相同 (2)1.6 (3)0.6 0.8
[解析] (1)为保证小球做平抛运动，斜槽末端的切线必须水平；为保证每次抛出的初速度大小相等，每次应让小球从同一位置由静止释放．
(2)取点(32.0 cm，20.0 cm)进行计算，由y＝gt2，得运动时间t＝＝0.2 s，由x＝v0t得此小球做平抛运动的初速度v0＝＝1.6 m/s.
(3)在竖直方向上，由Δy＝gT2可知，时间间隔T＝＝0.04 s，故该小球做平抛运动的初速度v0＝＝0.6 m/s；B点对应的竖直分速度vy＝＝0.8 m/s.
8．(1) x (2) 1.0
[解析] 根据平抛运动的特点可知，小球在水平方向上做匀速运动，因此在水平方向上经过相等的距离x所用的时间T相等，故x＝v0T，而在竖直方向上做加速度为g的匀加速直线运动，根据匀加速直线运动的特点，在连续相等的时间内位移差为一恒量，故Δy＝gT2，即y2－y1＝gT2，联立可得v0＝x，代入数据得初速度为1.0 m/s.
课件24张PPT。3 实验：研究平抛运动1．学会描绘平抛运动轨迹的方法．
2．根据平抛轨迹研究平抛运动规律．教学目标【重点】
(1)实验原理的认识和实验过程的探究．
(2)探究解决实际操作过程中的困难．
【难点】
利用平抛运动的轨迹来研究平抛运动的规律．重点难点本次课程主要是通过实验来研究平抛运动，学生通过对实验中种种问题的探究，掌握科学认识物理规律的方法；课前让学生来探究怎样描绘平抛运动的轨迹，怎样研究平抛运动的规律. 教学建议【导入一】
平抛运动规律的复习：
1．平抛运动的定义：物体以一定的水平速度抛出后，只在重力作用下的运动．
2．平抛运动的规律：
(1)水平方向：匀速直线运动，x＝v0t
(2)竖直方向：自由落体运动，y＝0.5gt2
我们知道物理是一门以实验为基础的学科，所有的理论都是基于实验的，本节课我们就一起通过实验来研究平抛运动的这些规律．新课导入【导入二】
教师介绍自制电磁控制打击装置：将子弹装入能发射的固定在板前的玩具手枪，固定板后电磁铁与电源相连，控制电路通断的两根金属丝搭在枪口处，带有衔铁的玩具被吸在电磁铁上，枪口与玩具在同一水平面，发射的子弹断开搭在一起的两根金属丝，吸在电磁铁上的玩具同时下落，子弹总是击中玩具，这说明什么问题？
我们今天用实验的方法研究解决它. 新课导入学习互动【实验目的】
1．知道平抛运动条件及相应控制方法．
2．知道通过实验获得平抛运动轨迹的方法和判断运动轨迹是否为抛物线的方法．
3．知道测量初速度时需要测量的物理量，会推导平抛运动初速度的表达式并计算出初速度. 学习互动考点一x＝v0t 学习互动【实验器材】
斜槽、小球、方木板、铁架台、________、图钉、铅垂线、三角板、铅笔、________．
【实验步骤】
1．安装调平：将带有斜槽轨道的木板固定在实验桌上，其末端伸出桌面外，轨道末端________．如图5－3－1所示．图5－3－1 坐标纸刻度尺水平学习互动[想一想] 实验中为什么调整斜槽末端水平？怎样检验是否已调水平？
2．建立坐标系：用图钉将坐标纸固定于竖直木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小球的运动轨迹所在平面平行且靠近，把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口(轨道末端)时球心在木板上的投影点O，O点即为___________，用铅垂线画出过坐标原点的竖直向下的y轴，画出水平向右的x轴．
3．确定球的位置：将小球从斜槽上某一位置由静止滚下，小球从轨道末端射出，先用眼睛粗略确定做平抛运动的小球在某一x值处的y值，然后让小球由___________自由滚下，在粗略确定的位置附近用铅笔较准确地描出小球通过时的位置，并在坐标纸上记下该点．用同样的方法确定轨迹上其他各点的位置．坐标原点同一位置学习互动[想一想] 为什么每次均让小球由同一位置自由滚下？
4．描点得轨迹：取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用________曲线连起来，即得到小球平抛运动的轨迹．
[想一想] 获得平抛运动轨迹的其他方法还有哪些？
【数据处理】
1．计算初速度
在小球平抛运动轨迹上选取分布均匀的六个点——A、B、C、D、E、F，用刻度尺、三角板测出它们的坐标(x，y)，并记录在下面的表格中，已知g值，利用公式________和________，求出小球做平抛运动的初速度v0，最后算出v0的平均值．平滑x＝v0t学习互动学习互动2．验证轨迹是抛物线
抛物线的数学表达式为________，将某点(如B点)的坐标x、y代入上式求出常数a，再将其他点的坐标代入此关系式看看等式是否成立，若等式对各点的坐标都近似成立，则说明所描绘的曲线为抛物线．
【误差分析】
1.斜槽末端没有调水平，小球离开斜槽后不做平抛运动．
2．确定小球运动的位置时不准确．
3．量取轨迹上各点坐标时不准确．y＝ax2学习互动【注意事项】
1．方木板必须处于竖直平面内，固定时要用铅垂线检查坐标纸竖线是否竖直.
2．小球每次必须从斜槽上同一位置由静止滚下．
3．坐标原点不是槽口的端点，应是小球在槽口时球心在木板上的投影点．
4．小球开始滚下的位置高度要适中，以使小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．
5．在轨迹上选取离坐标原点O点较远的一些点来计算初速度．备用习题1．图为用频闪摄影方法拍摄的研究平抛运动规律的照片，图中A、B、C为三个同时由同一点出发的小球，AA′为A球在光滑水平面上以速度v运动的轨迹，BB′为B球以速度v被水平抛出后的运动轨迹，CC′为C球自由下落的运动轨迹．
通过分析上述三条轨迹可得出结论：
_____________________________________
___________________________________
_____________________________________
___________________________________备用习题[答案]做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动[解析] 仔细观察照片可以发现，B、C两球在任一曝光瞬间的位置总在同一水平线上，说明平抛运动物体在竖直方向上的运动特点与自由落体运动相同；而A、B两小球在任一曝光瞬间的位置总在同一竖直线上，说明平抛运动物体在水平方向上的运动特点与匀速直线运动相同．由此可得结论：做平抛运动的物体在水平方向做匀速直线运动，在竖直方向做自由落体运动．备用习题2．在探究平抛运动的规律时，可以选用如图所示的各种装置，以下说法正确的是( )[答案] D[解析] 选用装置1研究平抛物体的竖直分运动，应该用耳朵听A、B两球是否同时落地，选项A错误．竖直管上端A一定要高于水面，才能保证水离开喷嘴时的速度相同，选项B错误．从斜槽上同一位置由静止释放钢球，才能保证每次平抛的初速度相同，选项C错误．当然D项的做法是可以的．备用习题3．(数据处理)在“研究平抛物体的运动”的实验中，图为在一次实验中用的方格纸，方格边长L＝20 cm，通过实验，记录了小球运动途经的三个位置，则该小球做平抛运动的初速度为________m/s；
B点的竖直分速度为
________m/s.
(g取10 m/s2)[答案] 3 4[解析]从图中可以看出从A到B和从B到C所用的时间相等，竖直方向由Δy＝gT2可以得到时间间隔为T＝0.2 s，再由水平方向x＝vT求得平抛运动的初速度为3 m/s, B点的竖直分速度等于从A到C的平均竖直分速度，大小为4 m/s.自我检测1．(实验操作)在做“研究平抛运动”的实验时：
(1)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．游标卡尺 B．秒表 C．坐标纸 D．天平 E．弹簧测力计 F．铅垂线
(2)实验中，下列说法正确的是________．
A．应使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下
B．斜槽轨道必须光滑
C．斜槽轨道末端可以不水平
D．要使描出的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些
E．为了比较准确地描出小球运动的轨迹，应该用一条曲线把所有的点连接起来自我检测[答案] (1)CF (2)AD[解析] (1)实验还需要的器材是坐标纸和铅垂线，描出的轨迹在坐标纸上，方便数据处理，铅垂线是用来确定竖直木板是否竖直并确定纵坐标．(2)做“研究平抛运动”的实验时，斜槽末端必须水平，以保证小球做平抛运动，使小球每次从斜槽上相同的位置自由滑下，以使小球在斜槽末端速度相同；在描画小球运动轨迹时，应用平滑的曲线连点，偏离轨迹较远的点可舍去．自我检测2．(数据处理)在“研究平抛物体运动”的实验中，用一张印
有小方格的纸记录轨迹，小方格的边长L＝1.6 cm，若小球
在平抛运动途中的几个位置如图5－3－2中的a、b、c、d所
示，则小球平抛的初速度的计算式为v0＝________(用L、g表
示)，其值是________．(g取10 m/s2)小球在b点的速率为
________．(取两位有效数字)图5－3－2 自我检测自我检测3．(实验创新)试根据平抛运动原理设计“测量弹射器弹丸出射初速度”的实验方案，提供的实验器材为弹射器(含弹丸，如图5－3－3所示)、铁架台(带有夹具)、米尺．
(1)画出实验示意图；
(2)在安装弹射器时应注意________________________；
(3)实验中需要测量的量为__________________________
(并在示意图中用字母标出)；
(4)由于弹射器每次射出的弹丸初速度不可能完全相等，
在实验中应采取的方法是______________________；
(5)计算公式为_______________________．图5－3－3自我检测
