第3节 实验：探究平抛运动的特点
一、实验目的
1．用实验的方法描出平抛运动的轨迹．
2．判断平抛运动的轨迹是否为抛物线．
3．根据平抛运动的轨迹求其初速度．
二、实验思路
以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，这时的运动叫作抛体运动．如果初速度是沿水平方向的，这样的抛体运动就叫作平抛运动.
平抛运动的轨迹是曲线，比直线运动复杂．我们可以按照把复杂的曲线运动分解为两个相对简单的直线运动的思路，分别研究物体在竖直方向和水平方向的运动特点．平抛运动可以看作是在竖直方向的分运动和水平方向的分运动的合运动．如果这两个分运动研究清楚了，平抛运动的规律自然就清楚了．
三、实验方案
方案一
为了研究平抛运动的特点，我们应该想办法把运动物体的位置随时间变化的信息记录下来．比如，用频闪照相的方法，记录物体在不同时刻的位置．当然也可以用别的方法记录信息，开展研究．
如图是用频闪照相的方法记录的做平抛运动的小球每隔相等的时间的位置图．以左边第一个小球的中心为原点，沿水平向右和竖直向下的方向建立直角坐标系，将各球中心点的横坐标和纵坐标记录在自己设计的表格中．
方案二
步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点
在如图甲所示的实验中，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．
分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复这个实验，记录实验现象．
步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点
在如图乙所示的装置中，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．
根据步骤1得出的平抛运动在竖直方向分速度随时间变化的规律，设法确定“相等的时间间隔”．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．
四、数据处理
根据所记录的数据，以及相邻小球时间间隔相等的特点，分析小球在水平方向分运动的特点．然后再按照这个办法，分析小球在竖直方向分运动的特点．
五、误差分析
1．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．
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．
六、注意事项
1．斜槽安装：实验中必须调整斜槽末端切线水平，将小球放在斜槽末端水平部分，若能使小球在平直轨道上的任意位置静止，斜槽末端的切线就水平了．
2．方木板固定：方木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．小球释放
(1)小球每次必须从斜槽上同一位置滚下．
(2)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．
4．坐标原点：坐标原点不是槽口的端点，而是小球出槽口时球心在木板上的投影点．
5．初速度的计算：在轨迹上选取离坐标原点O较远的一些点来计算初速度．
七、其他方案
喷水法：如图所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一根更细的硬管作为喷嘴．水从喷嘴中射出，在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹，可在装置一侧竖直放置一玻璃板，将平抛运动的轨迹描在玻璃板上．
实验原理与操作
(1)平抛物体的运动规律可以概括为两点：①水平方向做匀速直线运动；②竖直方向做自由落体运动．为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验：如图1所示，用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面．下列说法正确的是________(填选项前的字母)．
A．只能说明上述规律中的第①条
B．只能说明上述规律中的第②条
C．不能说明上述规律中的任何一条
D．能同时说明上述两条规律
(2)“探究平抛运动的特点”实验的装置如图2所示．下列说法正确的是________．
A．斜槽必须是光滑的，且末端切线调成水平
B．每次释放小球必须从斜槽同一位置由静止释放
C．将球的位置记录在坐标纸上后取下坐标纸，用直尺将所有点连成折线
D．小球运动时不应与竖直面上的坐标纸相接触
[解析] (1)用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，两球同时落到地面，说明A球在竖直方向上的运动规律与B球相同，即平抛运动在竖直方向上做自由落体运动，故B正确，A、C、D错误．
(2)为了保证小球的初速度水平，斜槽末端需切线水平，斜槽轨道不一定需要光滑，故A错误．为了使每次平抛运动的初速度相等，每次让小球从斜槽的同一位置由静止释放，故B正确．将球的位置记录在坐标纸上后取下坐标纸，用平滑曲线连接，故C错误．小球运动时不应与竖直面上的坐标纸相接触，防止由于摩擦改变小球的运动轨迹，故D正确．
[答案] (1)B (2)BD
实验数据处理与误差分析
如图1所示在“探究平抛运动的特点”实验时，斜槽是否光滑对实验结果是否有影响________(填“有”或“没有”)．平抛物体的运动规律可以概括为两点：①水平方向做匀速运动，②竖直方向做自由落体运动．为了研究平抛物体的运动，可做下面的实验：如图2所示，用小锤打击弹性金属片，A球就水平飞出，同时B球被松开，做自由落体运动，我们将观察到两小球落地时间________(填“相同”或“不同”)；这个实验说明平抛运动在竖直方向上运动规律与自由落体运动________(填“相同”或“不同”)．
[解析] 为了保证小球的初速度相等，每次从斜槽的同一位置由静止释放小球，斜槽是否光滑对实验结果没有影响．在打击金属片时，两小球同时做平抛运动与自由落体运动．结果A、B两个小球同时落地，说明小球A竖直方向上做自由落体运动．
[答案] 没有 相同 相同
实验拓展创新
(2019·福建永春期中)如图所示，有两个处于同一竖直面上的相同轨道，A、B两个相同小球从离出口处相同高度的地方同时由静止开始释放，假设小球经过斜面与水平轨道连接处无能量损失，所有的接触都是光滑的．离开轨道后A球做平抛运动，B球做匀速直线运动．则：
(1)A、B两球是否在A球第一次落地点处相碰，答：________(填“是”或“否”);
(2)如果多次观察到同样的现象，你可以得出的结论是________．
A．A球抛出时，在水平方向分运动是匀速直线运动
B．A球抛出时，在竖直方向分运动是自由落体运动
[解析] (1)A、B两球从相同高度同时由静止释放，到达斜槽底端的速度相同，因为平抛运动在水平方向上做匀速直线运动，所以在相同时间内水平位移相等，两球将在水平地面上的某处相遇．
(2)如果多次观察到同样的现象，又因A球做平抛运动，而B球做匀速直线运动，那么可知，平抛运动在水平方向上的分运动做匀速直线运动，故选A.
[答案] (1)是 (2)A
1．在“探究平抛运动的特点”实验中，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉、坐标纸之外，下列器材中还需要的是( )
A．秒表 B．天平
C．重垂线 D．弹簧测力计
解析：选C.在做“探究平抛运动的特点”实验时，除了木板、小球、斜槽、铅笔、图钉之外，还需要重垂线，确保小球抛出后在竖直面内运动；本实验中不需要测力、时间以及质量，故不需要弹簧秤、秒表和天平，C正确，A、B、D错误．
2．(2019·浙江1月学考)用小锤击打弹性金属片后，一小球做平抛运动，同时另一小球做自由落体运动．两球运动的频闪照片如图所示，最上面与最下面小球位置间的实际竖直距离为1 m，照片中反映的实际情况是( )
A．自由下落小球相邻位置间的位移相等
B．平抛运动小球相邻位置间的位移相等
C．自由下落小球相邻位置间的距离一定大于0.1 m
D．平抛运动小球相邻位置间的水平距离一定大于0.1 m
解析：选D.小球做自由落体运动，相等时间内的位移增大，故A错误；平抛运动小球在竖直方向相同时间内位移增大，则相邻位置间的位移不相等，故B错误；1 m对于10等分的话为0.1 m，但自由下落相同时间内的位移增大，则刚下落时的距离要小于0.1 m，故C错误；由图可知水平长度要大于竖直高度，而水平方向为匀速直线运动，则为距离平分，要大于0.1 m，故D正确．
3．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
1.2
5
0.80
2
0.8
6
0.80
6
2.4
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
解析：选A.若探究水平射程与高度的关系，应保证物体平抛运动的初速度不变，改变下落高度，选项A正确，B错误；若探究水平射程与初速度的关系，应保证平抛运动的下落高度不变，改变初速度，选用的数据可以是1、2的实验数据或3、4的实验数据或5、6的实验数据，选项C、D错误．
4．(2019·广西桂林期末)小明猜想做平抛运动的小球在竖直方向上做自由落体运动，为验证猜想，他用如图所示的装置进行实验．小锤打击弹性金属片，A球水平抛出，同时B球被松开，自由下落．
(1)他可以通过观察__________并通过多次改变装置的高度验证他的猜想是否正确．
(2)该实验__________(填“能”或“不能”)说明A球在水平方向上做匀速直线运动．
解析：(1)根据装置图可知，两球由相同高度同时运动，A做平抛运动，B做自由落体运动，因此将同时落地，由于两球同时落地，因此说明A、B在竖直方向运动规律是相同的；所以他可以通过观察A、B两球是否同时落地并通过多次改变装置的高度验证他的猜想是否正确．
(2)本实验中无法确定水平方向上是否做匀速运动．
答案：(1)A、B两球是否同时落地 (2)不能
5．在“探究平抛运动的特点”实验中：
(1)关于该实验的注意事项，下列说法正确的是________．
A．小球每次可以从斜槽上不同的位置由静止释放
B．斜槽轨道必须光滑
C．建立坐标系时，应该用重垂线来确定y轴
D．要使描绘的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些
(2)现让小球多次从斜槽上滚下，在白纸上依次记下小球的位置，某同学得到的记录纸如上图所示，从图中可看出该实验装置存在的问题：________________________________.
解析：(1)为了保证小球每次平抛运动的初速度相等，让小球每次从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽轨道不一定需要光滑，故A、B错误．建立坐标系时，应用重垂线来确定y轴，故C正确．要使描绘的轨迹更好地反映真实运动，记录的点应适当多一些，故D正确．
(2)由图可知，小球做斜抛运动，可知实验装置中斜槽末端未保持水平．
答案：(1)CD (2)斜槽末端未保持水平
6．在“探究平抛运动的特点”实验中：
(1)其中图甲是横挡条卡住平抛小球，用铅笔标注小球最高点，确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的________．
A．球心
B．球的上端
C．球的下端
(2)在此实验中，下列操作不必要的是________．
A．斜槽轨道必须光滑
B．记录的点应适当多一些
C．用光滑曲线把记录点连接起来
D．轴的方向根据重垂线确定
(3)图乙是利用图甲装置拍摄小球做平抛运动的频闪照片，由照片可判断实验操作错误的是________．
A．释放小球时初速度不为0
B．释放小球的初始位置不同
C．斜槽末端切线不水平
解析：(1)确定平抛运动轨迹的方法，坐标原点应选小球在斜槽末端点时的球心，故选项A正确，B、C错误．
(2)实验过程中，斜槽不一定光滑，只要能够保证从同一位置静止释放，即使轨道粗糙，摩擦力做功是相同的，离开斜槽末端的速度就是一样的，故选项A是不必要的；记录点适当多一些，能够保证描点光滑，用平滑曲线连接，偏离较远的点应舍去，故选项B、C是必要的；y轴必须是竖直方向，即用重垂线，故选项D是必要的；操作不必要的是选项A.
(3)由图可知斜槽末端不水平，才会造成斜抛运动，故选C.
答案：(1)A (2)A (3)C
课件39张PPT。第五章 抛体运动本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放
