5.3 實(shí)驗(yàn)：探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（解析版）-高一物理同步講義（人教版）

5.3探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)一、拋體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)1．拋體運(yùn)動(dòng)：以一定的速度將物體拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體只受重力作用的運(yùn)動(dòng)．2．平拋運(yùn)動(dòng)：初速度沿水平方向的拋體運(yùn)動(dòng)．3．平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：(1)初速度沿水平方向；(2)只受重力作用．二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄课矬w做平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，即物體的速度和位移隨時(shí)間的變化關(guān)系．三、實(shí)驗(yàn)思路1．基本思路：根據(jù)運(yùn)動(dòng)的分解，把平拋運(yùn)動(dòng)分解為不同方向上兩個(gè)相對(duì)簡單的直線運(yùn)動(dòng)，分別研究物體在這兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)．2．平拋運(yùn)動(dòng)的分解：可以嘗試將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平方向的分運(yùn)動(dòng)和豎直方向的分運(yùn)動(dòng)．四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案一：頻閃照相(或視頻錄制)的方法(1)通過頻閃照相(或錄制視頻)，獲得小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)的頻閃照片(如圖1所示)；圖1(2)以拋出點(diǎn)為原點(diǎn)，建立直角坐標(biāo)系；(3)通過頻閃照片描出物體經(jīng)過相等時(shí)間間隔所到達(dá)的位置；(4)測量出經(jīng)過T、2T、3T、…時(shí)間內(nèi)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移和豎直位移，并填入表格；(5)分析數(shù)據(jù)得出小球水平分運(yùn)動(dòng)和豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).拋出時(shí)間T2T3T4T5T水平位移豎直位移結(jié)論水平分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)豎直分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)方案二：分別研究水平和豎直方向分運(yùn)動(dòng)規(guī)律步驟1：探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)圖2(1)如圖2所示，用小錘擊打彈性金屬片后，A球做平拋運(yùn)動(dòng)；同時(shí)B球被釋放，做自由落體運(yùn)動(dòng)．觀察兩球的運(yùn)動(dòng)軌跡，聽它們落地的聲音．(2)分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，即改變A球的初速度，發(fā)現(xiàn)兩球仍同時(shí)落地，說明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的分運(yùn)動(dòng)為自由落體運(yùn)動(dòng)．步驟2：探究平拋運(yùn)動(dòng)水平分運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1．裝置和實(shí)驗(yàn)(1)如圖3所示，安裝實(shí)驗(yàn)裝置，使斜槽M末端水平，使固定的背板豎直，并將一張白紙和復(fù)寫紙固定在背板上，N為水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋板．圖3(2)讓鋼球從斜槽上某一高度滾下，從末端飛出后做平拋運(yùn)動(dòng)，使小球的軌跡與背板平行．鋼球落到傾斜的擋板N上，擠壓復(fù)寫紙，在白紙上留下印跡．(3)上下調(diào)節(jié)擋板N，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次使鋼球從斜槽上同一(選填“同一”或“不同”)位置由靜止?jié)L下，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個(gè)位置．(4)以斜槽水平末端端口處小球球心在白紙上的投影點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，過O點(diǎn)畫出豎直的y軸和水平的x軸．(5)取下坐標(biāo)紙，用平滑的曲線把這些印跡連接起來，得到鋼球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡．(6)根據(jù)鋼球在豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在軌跡上取豎直位移為y、4y、9y…的點(diǎn)，即各點(diǎn)之間的時(shí)間間隔相等，測量這些點(diǎn)之間的水平位移，確定水平方向分運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)．(7)結(jié)論：平拋運(yùn)動(dòng)在相等時(shí)間內(nèi)水平方向位移相等，平拋運(yùn)動(dòng)水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動(dòng)．2．注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)中必須調(diào)整斜槽末端的切線水平，使小球做平拋運(yùn)動(dòng)(調(diào)節(jié)方法：將小球放在斜槽末端水平部分，若小球靜止，則斜槽末端水平)．(2)背板必須處于豎直面內(nèi)，固定時(shí)要用鉛垂線檢查坐標(biāo)紙豎線是否豎直．(3)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放，這樣可以使小球每次的軌跡相同．(4)坐標(biāo)原點(diǎn)不是槽口的端點(diǎn)，應(yīng)是小球出槽口時(shí)小球球心在背板上的投影點(diǎn)．(5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡由坐標(biāo)紙的左上角一直到達(dá)右下角為宜．【經(jīng)典例題1】（安徽省合肥市第十一中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末考試物理試題）如圖，是“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖，通過描點(diǎn)畫出平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡。(1)以下是實(shí)驗(yàn)過程中的一些做法，其中合理的有_____。A．安裝斜槽軌道，使其末端保持水平B．木板必須保持豎直C．每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放D．為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，描繪的點(diǎn)可以用折線連接(2)實(shí)驗(yàn)得到平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，在軌跡上取一些點(diǎn)，以平拋起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，測量它們的水平坐標(biāo)和豎直坐標(biāo)，圖中圖像能說明平拋小球運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線的是_____。A．B．C．D．(3)下圖是某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫出平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，為平拋的起點(diǎn)，在軌跡上任取三點(diǎn)、、，測得點(diǎn)坐標(biāo)，為，兩點(diǎn)水平間距為。則平拋小球的初速度為_____，若點(diǎn)的豎直坐標(biāo)為，則小球在點(diǎn)的速度為_____。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，?。敬鸢浮?1).ABC(2).A(3).1.0(4).1.4【解析】【分析】【詳解】(1)[1]A．因平拋運(yùn)動(dòng)初速度是水平方向的，所以斜槽軌道末端應(yīng)保持水平。故A正確；B．為了能夠較準(zhǔn)確描述平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，木板應(yīng)保持豎直。故B正確；C．為了每次平拋運(yùn)動(dòng)軌跡相同，小球做平拋運(yùn)動(dòng)初速度應(yīng)該相同，所以每次小球應(yīng)從同一高度由靜止釋放。故C正確；D．為描出小球的運(yùn)動(dòng)軌跡，描繪的點(diǎn)應(yīng)用平滑曲線連接，故D錯(cuò)誤。故選ABC。(2)[2]由平拋運(yùn)動(dòng)水平位移、豎直位移，可得可知圖像應(yīng)該是一條傾斜的直線。故BCD錯(cuò)誤，A正確。故選A。(3)[3]由平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可得[4]由平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律【變式訓(xùn)練1】（西藏拉薩市第二高級(jí)中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末測試物理試題）13.在研究“平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中，(1)圖1是橫檔條，卡住平拋小球，用鉛筆標(biāo)注小球最高點(diǎn)，確定平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選小球在斜槽末端時(shí)的_______．A.球心B.球的上端C.球的下端在此實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確是________．A.斜槽軌道必須光滑B.記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些C.用光滑曲線把所有的點(diǎn)連接起來D.y軸的方向根據(jù)重垂線確定（2）圖2是利用圖1裝置拍攝小球做平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，由照片可以判斷實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤的是____．A.釋放小球時(shí)初速度不為零B.釋放小球的初始位置不同C.斜槽末端切線不水平（3）圖3是利用穩(wěn)定的細(xì)水柱顯示平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的裝置，其中正確的是_______．【答案】(1).B(2).BD(3).C(4).B【解析】【分析】【詳解】（1）題干中指出用鉛筆標(biāo)注小球的最高點(diǎn)作為小球軌跡的記錄點(diǎn).所以坐標(biāo)原點(diǎn)也應(yīng)選為球的最高點(diǎn)即球的上端.故選B;斜槽軌道不必光滑，A錯(cuò).記錄點(diǎn)適當(dāng)多一點(diǎn)，以便更準(zhǔn)確的描出平拋軌跡.；B對(duì).為比較準(zhǔn)確地描出小球運(yùn)動(dòng)的軌跡.將這些點(diǎn)平滑連接起來，C錯(cuò)，用中垂線確定Y軸坐標(biāo)，D對(duì)．故選BD（2）由圖可知，小球做斜拋運(yùn)動(dòng).所以斜槽末端沒有水平放置，選C．（3）豎直管內(nèi)與大氣相通，為外界大氣壓強(qiáng)，豎直管在水面下保證豎直管上出口處的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)，因而另一出水管的上端口處壓強(qiáng)與豎直管上出水口處的壓強(qiáng)有恒定的壓強(qiáng)差，保證另一出水管出水壓強(qiáng)恒定，從而水速也恒定，如果豎直管上出口在水面上，則水面上為恒定大氣壓，因而隨水面下降，出水管上口壓強(qiáng)降低，出水速度減小，故選B綜上所述本題答案是：(1).B(2).BD(3).C(4).B【點(diǎn)睛】在做平拋實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要保證斜槽末端水平，這樣才可以保證小球拋出時(shí)的速度是水平的，在描點(diǎn)連線時(shí)要注意用平滑的曲線把所有的點(diǎn)跡連接起來．【經(jīng)典例題2】（海南省西南大學(xué)東方實(shí)驗(yàn)中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末模擬物理試題）14.“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，在方格紙上建立如圖所示的坐標(biāo)系，小方格的邊長L=6.4cm，若小球在平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中記錄了幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d、e所示．(g=10m/s2)(1)圖示的幾個(gè)位置中，明顯有問題的是________；(2)小球平拋的初速度為________m/s;(3)小球經(jīng)過位置b的速度為________m/s.【答案】(1).d(2).1.6(3).2.0【解析】(1)平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡為拋物線，根據(jù)各點(diǎn)的位置可知d點(diǎn)明顯不在拋物線軌跡上．(2)平拋運(yùn)動(dòng)水平方向可看成勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)圖象可知xab=xbc，再由x=v0t，可知tab=tbc，設(shè)tab=tbc=t0，平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向可看成自由落體運(yùn)動(dòng)，由于a點(diǎn)不是平拋運(yùn)動(dòng)的初始點(diǎn)，所以在豎直方向上用，解得，．(3)設(shè)小球在b點(diǎn)的豎直分速度為v1，小球從a到c，在豎直方向上有勻變速直線運(yùn)動(dòng)在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間內(nèi)時(shí)間中點(diǎn)的瞬時(shí)速度，即，所以小球在b點(diǎn)的速度．【變式訓(xùn)練2】（陜西省榆林市綏德縣綏德中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末模擬檢測物理試題）13.（1）下列有關(guān)“探究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)說法正確的是（）A.小球與斜槽之間必須光滑無摩擦B.安裝斜槽時(shí)其末端一定要水平C.應(yīng)使用密度大、體積小的金屬球D.每次釋放小球必須從同一高度沿斜槽滾下（2）在上面實(shí)驗(yàn)中同時(shí)用閃光照相方法研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，由于某種原因，只拍到了部分方格背景及小球的三個(gè)瞬時(shí)位置A、B、C（如圖示）．若已知每小格的實(shí)際邊長均為L=5cm．則小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度v0=___m/s，小球經(jīng)B點(diǎn)時(shí)的豎直分速度vBy=____m/s(g取10m/s2)．【答案】(1).BCD(2).1m/s(3).2m/s【解析】【分析】【詳解】（1）A．實(shí)驗(yàn)中保證獲得相同的初速度即可，不需要保證小球與斜槽之間必須光滑無摩擦，故A錯(cuò)誤；B．通過調(diào)節(jié)使斜槽末端保持水平，是為了保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，所以B正確；C．為減小實(shí)驗(yàn)的誤差，保證小球在空中平穩(wěn)飛行，應(yīng)使用密度大、體積小的金屬球，所以C正確；

D．因?yàn)橐嬐贿\(yùn)動(dòng)的軌跡，所以必須每次釋放小球的位置相同，且從同一高度由靜止釋放，以保證獲得相同的初速度，故D正確．（2）由圖可知，A

、B和

B

、

C

兩位置的豎直距離分別為，，A

、

B和

B

、

C

兩位置的水平間距為

，小球水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則小球從A到B和

到C

的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，由于小球在豎直方向做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)可知，，則小球拋出的初速度為：；小球在B點(diǎn)的豎直分速度為，根據(jù)及可得．1.（西藏拉薩市第四中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末物理試題）13.圖甲是“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖。（1）在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是__________。A．必須稱出小球的質(zhì)量B．斜槽軌道必須是光滑的C．斜槽軌道末端可以不是水平的D．應(yīng)該使小球每次從斜槽上相同位置從靜止開始滑下（2）在一次實(shí)驗(yàn)中通過實(shí)驗(yàn)，記錄了小球在運(yùn)動(dòng)途中的三個(gè)位置，如圖乙所示，方格紙每個(gè)格的邊長L＝5cm，則該小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度為______m/s；B點(diǎn)的豎直分速度為______m/s（g＝10m/s2）。【答案】(1).D(2).1.5(3).2【解析】【分析】【詳解】（1）[1]A．本實(shí)驗(yàn)與小球的質(zhì)量無關(guān)，不需要測量小球的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；B．本實(shí)驗(yàn)要求小球每次拋出時(shí)的初速度要相同且水平，因此要求小球從同一位置靜止釋放，至于是否光滑沒有影響，故B錯(cuò)誤；C．實(shí)驗(yàn)中必須保證小球做平拋運(yùn)動(dòng)，而平拋運(yùn)動(dòng)要求有水平初速度且只受重力作用，所以斜槽軌道末端必須水平，故C錯(cuò)誤；D．為確保小球有相同的水平初速度，所以要求從同一位置無初速度釋放小球，故D正確。故選D。（2）[2]由方格紙邊長可知L=5cm=0.05m，設(shè)相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，則小球在豎直方向有代入數(shù)據(jù)解得水平方向有代入數(shù)據(jù)解得[3]小球在B點(diǎn)，豎直方向的瞬時(shí)速度大小為2.（西藏林芝市第二高級(jí)中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末物理試題）16.采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)需要下列哪個(gè)器材____A．彈簧秤B．重錘線C．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（2）做實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓小球多次沿同一軌道運(yùn)動(dòng)，通過描點(diǎn)法畫出小球平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡．下列的一些操作要求，正確的是____A．每次必須由同一位置靜止釋放小球B．每次必須嚴(yán)格地等距離下降記錄小球位置C．小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸D．記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些（3）若用頻閃攝影方法來驗(yàn)證小球在平拋過程中水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)，記錄下如圖所示的頻閃照片．在測得x1，x2，x3，x4后，需要驗(yàn)證的關(guān)系是________________．已知頻閃周期為T，用下列計(jì)算式求得的水平速度，誤差較小的是____A．B．C．D．【答案】(1).B(2).ACD(3).(4).D【解析】【分析】【詳解】（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)需要重錘線來確定豎直方向，不需要彈簧秤和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，故選B.（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)每次必須由同一位置靜止釋放小球，以保證小球到達(dá)最低點(diǎn)的速度相同，選項(xiàng)A正確；每次不一定嚴(yán)格地等距離下降記錄小球位置，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；小球運(yùn)動(dòng)時(shí)不應(yīng)與木板上的白紙相接觸，否則會(huì)改變運(yùn)動(dòng)軌跡，選項(xiàng)C正確；記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些，以減小誤差，選項(xiàng)D正確．（3）因相鄰兩位置的時(shí)間間隔相同，則若小球在平拋過程中水平方向是勻速運(yùn)動(dòng)，則滿足：x4-x3=x3-x2=x2-x1=x1；由小球最后一個(gè)位置與第一個(gè)位置的水平距離計(jì)算求得的水平速度誤差較小，則用計(jì)算式求得的水平速度誤差較小，故選D.3.（安徽省合肥市第六中學(xué)2019-2020學(xué)年高一（下）期末考試物理試題）13.用如圖1所示裝置研究平拋運(yùn)動(dòng)。將白紙和復(fù)寫紙對(duì)齊重疊并固定在豎直的硬板上。鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點(diǎn)飛出，落在水平擋板MN上。由于擋板靠近硬板一側(cè)較低，鋼球落在擋板上時(shí)，鋼球側(cè)面會(huì)在白紙上擠壓出一個(gè)痕跡點(diǎn)。移動(dòng)擋板，重新釋放鋼球，如此重復(fù)，白紙上將留下一系列痕跡點(diǎn)。(1)下列實(shí)驗(yàn)條件必須滿足的有_____________。A.小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止釋放B.斜槽軌道要盡量光滑些C.斜槽軌道末端必須保持水平D.本實(shí)驗(yàn)必需的器材還有刻度尺和停表(2)為定量研究，建立以水平方向?yàn)閤軸、豎直方向?yàn)閥軸的坐標(biāo)系。取平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，將鋼球靜置于Q點(diǎn)，鋼球的_____________（選填“最上端”、“最下端”或者“球心”）對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)；在確定y軸時(shí)_____________（選填“需要”或者“不需要”）y軸與重錘線平行。(3)伽利略曾研究過平拋運(yùn)動(dòng)，他推斷∶從同一炮臺(tái)水平發(fā)射的炮彈，如果不受空氣阻力，不論它們能射多遠(yuǎn)，只要下落高度相同，在空中飛行的時(shí)間都一樣。這實(shí)際上是因?yàn)槠綊佄矬w_____________。A.在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)C.在下落過程中機(jī)械能守恒【答案】(1).AC(2).球心(3).需要(4).B【解析】【分析】【詳解】(1)[1]．ABC．為了能畫出平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，首先保證小球做的是平拋運(yùn)動(dòng)，所以斜槽軌道不一定要光滑，但必須是水平的。同時(shí)要讓小球總是從同一位置釋放，這樣才能找到同一運(yùn)動(dòng)軌跡上的幾個(gè)點(diǎn)；故B錯(cuò)誤，AC正確；D．本實(shí)驗(yàn)必需的器材還有刻度尺，但不需要停表，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選AC。(2)[2][3]．將鋼球靜置于Q點(diǎn)，鋼球的球心對(duì)應(yīng)白紙上的位置即為原點(diǎn)；在確定y軸時(shí)需要y軸與重錘線平行；[4]．做平拋運(yùn)動(dòng)的物體在豎直方向上做自由落體運(yùn)動(dòng)，所以高度相同時(shí)時(shí)間相同；故選B。4.（廣西梧州市2019-2020學(xué)年高一（下）期末考試物理試題）13.（1）在用小球、斜槽、重垂線、木板、坐標(biāo)紙、圖釘、鉛筆做“研究平拋運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是______A．斜槽軌道必須光滑B．斜槽軌道末短可以不水平C．應(yīng)使小球每次從斜槽上相同的位置自由滑下D．要使描出的軌跡更好地反映小球的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，記錄的點(diǎn)應(yīng)適當(dāng)多一些（2）若某次研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，用一張印有小方格的紙記錄軌跡，小方格的邊長L，小球在平拋運(yùn)動(dòng)途中的幾個(gè)位置如圖中的a、b、c、d所示，則小球平拋的初速度v0=__（用g，L表示），a點(diǎn)______（選填