人教版高中物理必修二试验：研究平抛运动

- 1 - 3．实验：探究平抛运动的特点

一、实验目的

1．会用实验的方法研究平抛运动的两个分运动。

2．学会用实验的方法描绘平抛运动的轨迹。

3．根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。

二、实验思路

1．把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动。

2．平抛运动的分解方法：

(1)平抛运动的特点

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。

(2)分解方法

分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。

实验方案

方案一：分别研究水平和竖直方向分运动的规律

1．探究平抛运动竖直分运动的特点：

【实验步骤】

(1)如图，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。

(2)观察两球的运动轨迹，比较它们落地时间的先后。

(3)分别改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，多次重复实验，记录实验现象。

【数据收集与分析】

根据A球与B球落地时间的先后，得出平抛运动竖直分运动的规律。

2．探究平抛运动水平分运动的特点：

【实验步骤】 - 2 - (1)如图，钢球在斜槽M中从某一高度滚下，从末端飞出后做平抛运动(实验前，先将一张白纸和复写纸固定在装置的背板上)。

(2)钢球飞出后，落到挡板N上，在白纸上记录钢球此时的位置。

(3)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。

(4)用平滑的曲线把这些印迹连接起来，得到钢球做平抛运动的轨迹。

【数据收集与分析】

根据平抛运动的轨迹，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。

方案二：利用频闪照相法探究平抛运动的特点

1．实验原理：

数码相机每秒拍下小球做平抛运动时的十几帧或几十帧照片，将照片上不同时刻的小球的位置连成平滑曲线，便得到小球的运动轨迹，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上小球位置间的水平距离和竖直距离，就很容易判断平抛运动在水平方向和竖直方向的运动特点。

5.3 实验：探究平抛运动的特点

一、抛体运动和平抛运动

1.抛体运动：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

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)初速度沿水平方向；

(2)只受 作用.

二、实验：探究平抛运动的特点

【实验思路】

(1)基本思路：根据运动的分解，把平抛运动分解为不同方向上两个相对简单的

运动，分别研究物体在这两个方向的运动特点.

(2)平抛运动的分解：可以尝试将平抛运动分解为 方向的分运动和

方向的分运动.

【进行实验】

方案一：频闪照相(或录制视频)的方法

(1)通过频闪照相(或视频录制)，获得小球做平抛运动时的频闪照片(如图所示)；

(2)以抛出点为原点，建立直角坐标系；

(3)通过频闪照片描出物体经过 时间间隔所到达的位置；

(4)测量出经过T,2T,3T，…时间内小球做平抛运动的 位移和 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.

方案二：分别研究水平和竖直方向分运动规律

步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点

图2 基础知识梳理 (1)如图2所示，用小锤击打弹性金属片后，A球做 运动；同时B球被释放，做

运动.观察两球的运动轨迹，听它们落地的声音.

(2)改变小球距地面的高度和小锤击打的力度，即改变A球的初速度，发现两球同时落地，说明平抛运动在竖直方向的分运动为 运动.

步骤2：探究平抛运动水平分运动的特点

1.装置和实验

(1)如图所示，安装实验装置，使斜槽M末端水平，使固定的背板竖直，并将一张白纸和复写纸固定在背板上，N为水平装置的可上下调节的向背板倾斜的挡板.

第3节 实验：探究平抛运动的特点

[学习目标]

1.知道抛体运动、平抛运动的概念。会用运动分解的方法研究平抛运动。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.通过探究平抛运动的特点的实验，获取探究中处理数据的方法。

一、抛体运动和平抛运动

1.抛体运动：以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力作用的运动。

2.平抛运动：初速度沿水平方向的抛体运动。

3.平抛运动的特点

(1)初速度沿水平方向。

(2)只受重力作用。

二、实验思路

1.基本思路：把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动。

2.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水平方向的分运动和竖直方向的分运动。

三、进行实验

方案一 频闪照相法

1.对频闪照片的分析

(1)如图甲所示是一个小球做平抛运动时的频闪照片。选第一个小球球心为原点建立坐标系，可每3个小球(不计初始位置的球)取1个球测量相对应的横坐标和纵坐标，如图乙所示。

(2)根据频闪照相的特点可知，若频闪周期为T，则每相邻两球的时间间隔相等，都是T，即图中OA、AB、BC对应的时间间隔就是3T。

(3)将所测的数据填入表格，分析小球水平方向分运动和竖直方向分运动的特点。

O

A

B C

横坐标 0 x1 x2 x3

纵坐标 0 y1 y2 y3

2.数据处理

(1)水平方向：数据满足x1－0＝x2－x1＝x3－x2＝…，则说明小球在水平方向做匀速直线运动。

(2)竖直方向：根据坐标计算每一段时间间隔内的位移，然后计算出相邻相等时间内的位移差，如果满足Δy＝9gT2，则说明小球在竖直方向上的加速度为g。如果O点是平抛运动轨迹的初始点，则竖直方向初速度为0，小球在竖直方向做自由落体运动。

方案二 分步研究水平和竖直两个方向的运动规律

步骤1：探究平抛运动竖直分运动的特点

实验：研究平抛运动

知识集结

知识元

实验：研究平抛运动

知识讲解

一、探究平抛运动物体在竖直方向的运动规律

演示实验1：平抛物体和自由落体物体从同一高度同时开始运动，可观察到它们的落地时间相等．

演示实验2：2个初速度不同的平抛物体与自由落体同时从同一高度开始运动，可观察到它们的落地时间相等．

结论：平抛运动的竖直分运动是自由落体运动，平抛运动的落地时间与它的初速度无关．

二、探究平抛运动物体在水平方向的运动规律

演示实验：如图所示的装置研究平抛物体的运动．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的末端与可看作光滑的水平板相切，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，使两个小铁球能以相同的初速度同时分别从轨道M、N的下端射出，可以看到P、Q两球相碰，只改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象．

结论：在相等的时间间隔内物体在水平方向的位移相等，这说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动．

三、探究平抛物体运动规律

1．实验目的

（1）用实验的方法描出平抛运动的轨迹．

（2）用实验轨迹求解平抛运动的初速度．

2．实验原理

使小球做平抛运动，利用描迹法描绘小球的运动轨迹，建立直角坐标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标x和y，由公式：和，可得．

3．实验器材(以斜槽法为例)

斜槽(带小球)、木板及竖直固定支架、白纸、图钉、重垂线、三角板、铅笔、刻度尺．

4．实验步骤

（1）如图所示安装实验装置，使斜槽末端水平(小球在斜槽末端恰好静止)．

（2）以水平槽末端端口上小球球心位置为坐标原点O，过O点画出竖直的y轴和水平的x轴．

（3）使小球从斜槽上同一位置由静止滚下，把笔尖放在小球可能经过的位置上，如果小球运动中碰到笔尖，就用铅笔在该位置画上一点．用同样方法，在小球运动路线上描下若干点．