第20講探究平拋運動的特點

目錄

復習目標

網(wǎng)絡構(gòu)建

?考點一教材原型實驗

【夯基?必備基礎(chǔ)知識梳理】

知識點實驗目的、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析

【提升?必考題型歸納】

考向1實驗原理與操作

考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析

點二創(chuàng)新實驗方案

【夯基?必備基礎(chǔ)知識梳理】

知識點實驗方案的改進

【提升?必考題型歸納】

考向1實驗原理的改進

考向2實驗器材的創(chuàng)新

考向3實驗思路的創(chuàng)新

真題感悟

1、掌握并會利用實驗的原理，探究平拋運動的特點，并會做出必要的誤差分析。

2、能夠在原型實驗基礎(chǔ)上，通過對實驗的改進或者創(chuàng)新，做出同類探究。

考點要求考題統(tǒng)計考情分析

2023年6月浙江卷第16各地高考對探究平拋運動的

題特點這個實驗的考查難度上

探究平拋運動的特點2022年福建卷第11題不是太大，主要以考查基本原

2022年海南卷第13題理為主。

o??o

1.賣給艇與操作

考點一教材原型實驗

一分基?必備基礎(chǔ)知識梳理

知識點實驗目的、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析

1.實驗原理

(1)在同一高度將A球水平拋出的同時由靜止釋放B球，兩球同時落地，說明平

拋運動的豎直分運動為自由落體運動。

(2)用描跡法畫出小球平拋運動的軌跡，以拋出點為坐標原點建立直角坐標系，

在軌跡上選取A、B、C、D四點，滿足yA：yB：yc：yD=l：4：9：16,則有

TOA=TAB=TBC=TCD,由XA：XB：xc：xD=l：2：3：4可知平拋運動水平分運

動為勻速運動。

2.實驗器材

平拋運動演示儀、鐵架臺、斜槽、小球、方木板、白紙、圖釘、鉛垂線、三角板、

鉛筆、刻度尺。

3.實驗步驟及數(shù)據(jù)分析

(1)探究平拋運動豎直分運動的特點

①按圖甲所示將儀器安裝好，調(diào)節(jié)A、B兩球等高，且平拋平臺水平。

甲

②用小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，做平拋運動；同時B球被

釋放，自由下落，做自由落體運動。觀察兩球的運動軌跡，比較它們落地時間的

先后。

③分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，多次重復這個實驗，記錄實驗

現(xiàn)象。

④根據(jù)實驗現(xiàn)象得出平拋運動在豎直方向的分運動是自由落體運動。

(2)探究平拋運動水平分運動的特點

①按如圖乙所示安裝好實驗裝置，將一張白紙和復寫紙固定在裝置的背板上，調(diào)

節(jié)斜槽M末端水平。

②讓鋼球在斜槽中從某一高度由靜止?jié)L下，落在水平放置的可上下調(diào)節(jié)的傾斜擋

板N上，就會擠壓復寫紙，在白紙上留下印跡。上下調(diào)節(jié)擋板N,通過多次實

驗，在白紙上記錄鋼球所經(jīng)過的多個位置。最后，用平滑曲線把這些印跡連接起

來，就得到鋼球做平拋運動的軌跡。

③把小球平拋運動的拋出點印記在白紙上，取下白紙，以拋出點0為坐標原點，

以水平方向為X軸，豎直向下為y軸建立直角坐標系，在小球平拋運動軌跡上選

取A、B、C、D四點，使yA:yB：yc：yD=l：4：9：16；測出A、B、C、D

四點的x坐標值，若XA：XB：xc：XD=1：2：3：4,即可知平拋運動的水平分運

動為勻速運動。

4.誤差分析

(1)斜槽末端沒有調(diào)至水平,小球離開斜槽后不做平拋運動。

(2)確定小球運動的位置時不準確。

(3)量取軌跡上各點坐標時不準確。

5.注意事項

(1)實驗中必須使斜槽末端的切線水平(檢驗是否水平的方法是：將小球放在斜槽

末端水平部分，看其是否能靜止)。

(2)方木板必須處于豎直平面內(nèi),固定時要用鉛垂線檢查坐標紙豎線是否豎直。

(3)小球每次必須從斜槽上同一位置由靜止?jié)L下。

(4)坐標原點不是槽口的端點，應是小球出槽口時球也在木板上的投影點。

(5)小球開始滾下的位置高度要適中，以使小球平拋運動的軌跡由坐標紙的左上

角一直到達右下角為宜。

?提升?必考題型歸納

考向1實驗原理與操作

1.圖甲是“研究平拋物體的運動”的實驗裝置圖。

(1)實驗前應對實驗裝置反復調(diào)節(jié)，直到斜槽末端切線。每次讓小

球從同一位置由靜止釋放，是為了每次平拋。

(2)圖乙是正確實驗取得的數(shù)據(jù)，其中。為拋出點，則此小球做平拋運動的初

速度為m/so(g取9.8m*)

(3)在另一次實驗中將白紙換成方格紙，每小格的邊長L=5cm,通過實驗記錄

了小球在運動途中的三個位置，如圖丙所示，則該小球做平拋運動的初速度為

m/s,B點的豎直分速度為m/so(g1X10m/s2)

【答案】水平初速度相同L61.52

【詳解】(1)口][2]為了保證小球水平飛出，實驗前應對實驗裝置反復調(diào)節(jié)，直

到斜槽末端切線水平；每次讓小球從同一位置由靜止釋放，是為了每次平拋的初

速度相同。

(2)⑶由于。為拋出點，所以根據(jù)平拋運動規(guī)律有％=卬；y=^gt2

聯(lián)立可得%=大唇=°-32xJ/等/m/s=1.6m/s

V2yV2x0.196

(3)[4][5]由圖可知，小球由Af3和由BfC所用的時間相等，豎直方向有

可得?=后=欄==°」s根據(jù)x=35獷該小球做平拋運動的初速度為

%=華=^j"m/s=1.5m/s豎直方向根據(jù)勻變速直線運動中間時刻速度等于該

段過程的平均速度，則B點的豎直分速度為％,=等=萼=等等m/s=2m/s

2T2r2x0.1

考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析

2.用如圖1所示裝置研究平拋運動。將白紙和復寫紙對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，鋼球側(cè)面會在白紙上擠壓出一個痕

跡點。移動擋板，重新釋放鋼球，如此重復，白紙上將留下一系列痕跡點。

（1）下列實驗條件必須滿足的有O

A.斜槽軌道光滑B.斜槽軌道末段水平

C.擋板高度等間距變化D.每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球

（2）為定量研究，建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系。

a.取平拋運動的起始點為坐標原點，將鋼球靜置于Q點，鋼球的（選填“最

上端”“最下端”或者"球心''）對應白紙上的位置即為原點；在確定y軸時（選

填“需要”或者"不需要”）y軸與重垂線平行。

b.若遺漏記錄平拋軌跡的起始點，也可按下述方法處理數(shù)據(jù)：如圖2所示，在軌

跡上取A、B、C三點，AB和BC的水平間距相等且均為X,測得AB和BC的

豎直間距分別是yi和y2,則『（選填"大于”“等于”或者“小于”）可求

得鋼球平拋的初速度大小為。（已知當?shù)刂亓铀俣葹間,結(jié)果用上述

字母表示）。

【答案】BD/DB球心需要大于

\y2-y,

【詳解】為了保證小球的初速度水平，斜槽末端必須水平，故B正確；

AD.為了保證小球的初速度相等，小球每次應從斜槽的同一位置由靜止釋放，

斜槽軌道不一定需要光滑，故D正確，A錯誤；

C.向下移動擋板，只是為了獲得多個點跡，不一定向下移動相同的距離，故C

錯誤。

故選BD。

（2）a.[2]小球在運動中記錄下的是其球心的位置，故拋出點也應是小球靜置于

Q點時球心的位置；故應以球心在白紙上的位置為坐標原點；

⑶小球在豎直方向為自由落體運動，故y軸需要與重錘線平行。

b.[4]由于兩段水平距離相等，故時間相等，設(shè)A到B,B到C的時間均為t,

在A點豎直分速度為Vy,則

2

乂=vyt+；，y2=(vy+gt)t+^gt=vyt+T則點＞；故豎直間距之比大于;。

[5]根據(jù)%-M=g/可知「=EHZ則初速度為v=2

V8fV^-^i

考點二創(chuàng)新實驗方案

.夯基?必備基州知識幃理

知識點實驗方案的改進

1.實驗裝置的改進：實驗中利用頻閃儀器拍攝平拋運動軌跡。

鉛垂線

調(diào)節(jié)螺旋

圖1圖2

利用改變相同水平距離控制相同的運動時間，實驗中用一塊附上復寫紙和白

紙的豎直木板，小球從斜面上滑下，平拋后撞在木板上留下痕跡，準確地確定落

點，進而確定小球在不同水平位置的豎直位置。

一提升?必考題型歸納

考向1實驗原理的改進

1.在做“研究平拋運動”的實驗中，為了確定小球在不同時刻所通過的位置，實

驗時用如圖1所示的裝置。實驗操作的主要步驟如下:

A.在一塊平木板上釘上復寫紙和白紙，然后將其豎直立于斜槽軌道末端槽口前,

木板與槽口之間有一段距離，并保持板面與軌道末端的水平段垂直

B.使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L下，小球撞到木板在白紙上留下痕跡A

C.將木板沿水平方向向右平移一段距離x,再使小球從斜槽上緊靠擋板處由靜

止?jié)L下，小球撞到木板在白紙上留下痕跡B

D.再將木板水平向右平移同樣距離X,讓小球仍從斜槽上緊靠擋板處由靜止?jié)L

下，在白紙上得到痕跡C

士

M?

H

-

%

土

若測得x=20cm,A、B間距離M=15cm,B、C間距離為=25cm,已知當?shù)氐闹?/p>

力加速度g取10m/s?

（1）根據(jù)上述直接測量的量和已知的物理量可以計算出小球平拋的初速度

%=m/s；

（2）關(guān)于該實驗，下列說法中不正確的是

A.斜槽軌道不一定光滑

B.每次釋放小球的位置必須相同

C.每次小球均需由靜止釋放

D.小球的初速度可通過測量小球的釋放點與拋出點之間的高度h,再由機械能

守恒求出

（3）另外一位同學根據(jù)測量出的不同x情況下的必和必，令與=必-弘，并描繪

出了如圖2所示的Ay-x?圖像，若已知圖線的斜率為k,則小球平拋的初速度大

?。ヅck的關(guān)系式為o

【答案】2Dv。書

【詳解】（1）口］小球在水平方向做勻速直線運動，在豎直方向做自由落體運動,

所以△曠=8/=%-%

」r02

解得r=0.1s小球平拋的初速度為%=：=m/s=2m/s

(2)[2]ABC.實驗中需要小球每次做平拋運動的軌跡相同，即從斜槽末端拋出

時的初速度相同，所以每次釋放小球的位置必須相同，旦每次小球均需由靜止釋

放，而斜槽軌道并不一定要光滑，故ABC正確；

D.由于斜槽不可能完全光滑，且存在空氣阻力，所以不能由機械能守恒求解小

球的初速度，故D錯誤。

本題選錯誤的，故選D。

⑶⑶根據(jù)(1)題分析可知尸卬=%后整理得緲=#所以&=%解得%=任

考向2實驗器材的創(chuàng)新

2.某物理小組利用如圖甲所示的裝置探究平拋運動規(guī)律，在斜槽軌道的末端安

裝一個光電門，調(diào)節(jié)激光束與實驗所用小鋼球的球心等高，斜槽末端切線水平，

又分別在該裝置正上方A處和右側(cè)正前方B處安裝頻閃攝像頭進行拍攝，鋼球

從斜槽上的固定位置無初速度釋放，通過光電門后拋出，得到的頻閃照片如圖丙

所示，。為拋出點，P為運動軌跡上某點，g取lOm/s，。

攝像頭A

光電門b

G

攝像頭B

甲

oooooooo

op

oooooooo

op

b

丙

（1）用20分度游標卡尺測得鋼球直徑如圖乙所示，則鋼球直徑d=m

（2）在圖丙中，A處攝像頭所拍攝的頻閃照片為（選填"a”或"b”）

（3）測得圖丙a中OP距離為89.10cm,b中OP距離為45.00cm,則鋼球平拋

的初速度大小%=m/s（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。

（4）通過比較鋼球通過光電門的速度v與由平拋運動規(guī)律解得的平拋初速度環(huán)

的關(guān)系，從而驗證平拋運動的規(guī)律。

【答案】4.50a3.00

【詳解】（I）⑴根據(jù)游標卡尺的讀數(shù)規(guī)律，該讀數(shù)為4mm+0.05x10mm=4.50mm

（2）[2]在圖丙中，A處攝像頭所拍攝的頻閃照片顯示鋼球在水平方向上的分運

動，而鋼球水平方向做勻速直線運動，可知，鋼球的像應均勻分布，可知A處

攝像頭所拍攝的頻閃照片為a。

（3）[3]圖丙a中OP距離為89.10cm,則有％.=卬，b中OP距離為45.00cm,

則有%p=gg產(chǎn)

解得%=3.00m/s

考向3實驗思路的創(chuàng)新

3.某同學設(shè)計如圖的實驗裝置驗證向心力公式和平拋運動水平分運動為勻速運

動。將四分之一圓弧固定在桌面上，圓弧底下安裝一個壓力傳感器，光電門固定

（1）讓小球靜止在圓弧底端，靜止時，傳感器示數(shù)為Fo；

（2）讓小球從圓弧某一位置靜止釋放，記錄通過光電門的時間t,壓力傳感器示

數(shù)F和落點與圓弧底端的水平位移X；

（3）改變釋放位置，重復（2）的步驟。

請回答以下問題：

①為完成實驗，關(guān)于實驗裝置及相關(guān)測量，下列說法正確的是（）

A.圓弧要保持光滑B.小球要選擇體積小，密度大的

C.要測量小球到地面的豎直高度D.要測量小球的質(zhì)量

②用游標卡紙測量小球直徑，如圖所示，則小球直徑為mm；

0123cm

‘川甲從J

01020

③以（填“F”或“F-Fo”）為縱軸，5為橫軸做圖像，若圖像,

則說明向心力大小與小球速度平方成正比；

④做x-y圖，若圖像成正比，則說明平拋運動水平方向為勻速直線運動，其中y

應該為（填“t”、或"下）;

⑤甲乙兩位同學以不同的桌面高度進行實驗，得到圖甲和圖乙，其中甲同學實驗

時的桌面高度比乙同學的（填“高''或"低

【答案】BD/DB6.70F-F（）是一條過原點的直線-

t

高

【詳解】（3）[1]A.圓弧沒必要保持光滑，從不同高度下滑，小球經(jīng)過光電門的

速度不同，速度根據(jù)小球直徑和光電門測量的擋光時間測出。A錯誤；

B.小球要選擇體積小，密度大的，減小阻力的影響；B正確；

C.沒有必要測量小球到地面的豎直高度，只要保證豎直高度相同，平拋運動的

時間相同，只需證明水平位移和水平速度成正比即可證明平拋運動的水平方向分

運動為勻速運動。C錯誤；

2

D.小球在最低點尸-玲=〃=要驗證向心力公式，需要測量小球的質(zhì)量。D正確。

A

故選BDo

[2]小球的直徑4=6mm+0.05x14mm=6.70mm

⑶⑷小球經(jīng)過光電門的速度V=邑小球在最低點F-4=縹以F-Fo為縱軸，!

為橫軸做圖像，若圖像是一條過原點的直線，，則說明向心力大小與小球速度平

方成正比；

[5]設(shè)桌面高度為〃，則力=未/得平拋運動時間公后水平位移x=樣做

x-y圖，若圖像成正比，則說明平拋運動水平方向為勻速直線運動，其中y應該

為-O

t

[6]由x=*可知，甲乙兩位同學以不同的桌面高度進行實驗，得到圖甲

和圖乙，其中甲同學實驗時的桌面高度比乙同學的高。

（2023年6月浙江高考真題）在“探究平拋運動的特點”實驗中

圖I

（1）用圖1裝置進行探究，下列說法正確的是

A.只能探究平拋運動水平分運動的特點

B.需改變小錘擊打的力度，多次重復實驗

C.能同時探究平拋運動水平、豎直分運動的特點

（