高中人教版 (2019)3 实验：探究平抛运动的特点学案设计

实验：探究平抛运动的特点

【学习目标】

1．知道什么是平抛及物体做平抛运动的条件。

2．知道抛体运动只受重力作用

3．探究平抛运动在水平方向上是匀速直线运动和竖直方向自由落体运动，并且这两个运动互不影响。

【学习重点】

平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动。

【学习难点】

平抛运动在水平方向是匀速直线运动和在竖直方向是自由落体运动的实验探索过程。

【新知探究】

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）甲同学采用如图（1）所示的装置，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A球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明_____________________________________。

（2）乙同学采用如图（2）所示的装置，两个相同的弧形轨道M、N，两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出。实验可观察到的现象应是________________。仅仅改变弧形轨道M的高度，重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明______________________________________。

（3）丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图（3）所示的“小球做平抛运动”的照片。图中每个小方格的边长为10cm，则由图可求得拍摄时每____________s曝光一次，该小球平抛的初速度大小为____________m/s，经过b点时速度大小为____________m/s。（g取10 m/s2）

【解析】（1）在打击金属片时，金属片把A球沿水平方向弹出，做平抛运动，同时B球被松开，做自由落体运动，两小球同时落地，说明A球与B球在竖直方向的运动规律相同，即：说明平抛运动竖直方向是自由落体运动。

（2）两小铁球P、Q能以相同的初速度同时分别从轨道下端水平射出，小铁球P做平抛运动，小铁球Q在水平方向做匀速直线运动，可以看到：P球落地时刚好和Q球相遇；当同时改变两小球滚下的高度时，仍能相碰，这说明：初速度相同时，平抛运动在水平方向的运动规律与匀速直线运动规律相同，即：说明平抛运动在水平方向做匀速直线运动。

（3）平抛运动可分解为：

竖直方向自由落体运动与水平方向匀速直线运动；

在竖直方向上：由Δh=gt2

可得：t=== s=0.1 s；

小球的初速度：

v0== m/s=2 m/s；

在竖直方向上：

vyb== m/s=1.5 m/s

小球经过b点时的速度大小：

vb== m/s=2.5 m/s；

答案：（1）平抛运动在竖直方向为自由落体运动

（2）P球落地时刚好和Q球相遇

平抛运动在水平方向为匀速直线运动

（3）0.1  2  2.5

【学习小结】

1．平抛运动：将物体用一定的初速度沿水平方向抛出，且只在重力作用下所做的运动。

2．平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，水平方向速度的大小不影响平抛运动在竖直方向上的运动；

3．平抛运动在水平方向上是匀速直线运动，竖直方向的速度大小不影响平抛运动在水平方向的运动；

【精练反馈】

1．（多选）在做“研究平抛物体的运动”这一实验时，下面哪些说法是正确的（    ）

A．安装弧形槽时，必须使槽的末端的切线方向保持水平

B．进行实验时，每次都要让小球从同一位置由静止释放

C．小球与弧形槽不可避免的摩擦，会影响实验结果

D．为了得到实验结果，不要忘记用天平称出小球的质量

【解析】选A、B。为了保证小球的初速度水平，安装弧形槽时，必须使槽的末端的切线方向保持水平，故A正确；为了保证小球的初速度大小相等，每次进行实验，都要让小球从斜槽的同一位置由静止释放，斜槽是否光滑不影响实验，故B正确，C错误；该实验不需要测量小球的质量，故D错误。

2．如图为用频闪摄影方法拍摄的小球做平抛运动的照片，小球在运动过程中的几个位置如图中的A、B、C、D所示。下列说法正确的是              （    ）

A．若已知小方格的边长，可求得平抛的初速度

B．若已知小方格的边长，可求得频闪周期

C．若已知小方格的边长和当地的重力加速度，可求得A、B、C、D任一点的速度

D．若已知小方格的边长和频闪周期，不可以求得当地的重力加速度

【解析】选C。竖直方向上相等时间的位移之差Δy=L，根据Δy=gT2得，相等的时间间隔T=，而水平方向v0=，因此知道小方格的边长与当地的重力加速度，即可求解初速度大小；再根据=，求得中间时刻竖直方向的速度，最后由速度的合成，即可求解该点的瞬时速度，从而利用速度与时间关系，求得其他点的速度。已知小方格的边长，可求得Δy，已知频闪周期可知道T，由Δy=gT2可求得重力加速度。故C正确，A、B、D错误；故选C．

3．（多选）某同学在做“研究平抛物体的运动”的实验，关于这个实验，以下说法正确的是（    ）

A．小球释放的初始位置越高越好

B．每次小球要从同一高度由静止释放

C．实验前要用重垂线检查坐标纸上的竖线是否竖直

D．小球的平抛运动要靠近但不接触木板

【解析】选B、C、D。为了保证每次小球平抛的轨迹相同，抛出速度相同，每次小球必须从同一高度由静止释放，故A错误，B正确；因为平抛运动在竖直方向上是自由落体运动，小球运动轨迹在一个竖直面上，所以坐标纸必须用重垂线检查是否竖直，故C正确；小球的平抛运动靠近木板，但不能接触，如果接触，会受到摩擦力作用，使运动不再是平抛运动，故D正确。

4．（多选）“研究平抛物体的运动”实验的装置如图所示，在实验前应（    ）

A．将斜槽的末端切线调成水平

B．将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行

C．小球每次必须从斜槽上同一位置由静止开始释放

D．在白纸上记录斜槽末端槽口的位置O，作为小球做平抛运动的起点和所建坐标系的原点

【解析】选A、B、C。实验中必须保证小球做平抛运动，斜槽的末端需水平，故A正确；将木板校准到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直平面平行，故B正确；由于要记录小球的运动轨迹，必须重复多次，才能画出几个点，因此为了保证每次平抛的轨迹相同，所以要求小球每次从同一高度由静止释放，故C正确；在白纸上记录斜槽末端槽口的位置O，不能作为小球做平抛运动的起点，应该以小球在末端时，球心在竖直面上的投影作为起点和所建立坐标系的原点，故D错误。

5．（1）如图所示，在研究物体做平抛运动时，让小球A沿曲面轨道滚下，离开轨道末端时（末端水平，小球A离开轨道时和小球B在同一高度），撞开接触式开关S（开关对小球的作用力可忽略不计），被电磁铁吸住的小球B同时自由下落。多次改变整个装置的高度H重复上述实验，发现A、B两球总是同时落地。该实验现象说明了A球在离开轨道后____________。

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匀速直线运动

D．竖直方向的分运动是自由落体运动

（2）“嫦娥四号”探月卫星的成功发射，标志着我国航天又迈上了一个新台阶。假设我国宇航员乘坐探月卫星登上月球，如图所示是宇航员在月球表面水平抛出小球的闪光照片的一部分。已知照片上方格的实际边长为a，闪光周期为T，据此可以得出____________。

A．月球上的重力加速度为

B．照片上A点一定是平抛的起始位置

C．小球运动到D点时速度大小为

D．小球平抛的初速度为

【解析】（1）A球与B球总是同时落地，说明A球竖直方向的分运动与B球的运动相同，B球做的是自由落体运动，所以A球竖直方向的分运动是自由落体运动。

（2）应用平抛运动的规律可知，在竖直方向有：Δh=gT2，其中：Δh=2a，代入可得：g=，故A错误；根据匀变速直线运动的规律得B点竖直分速度为：vBy=，由速度公式：vBy=vAy+，可得：vAy=0，所以照片上A点一定是平抛的起始位置，故B正确；小球运动到D点的竖直分速度为：vDy=g·3T=·3T=，所以小球运动到D点时速度大小为：v0==，故C错误；水平方向由：x=3a=v0T，可得初速度为：v0=，故D正确。

答案：（1）D（2）B、D