高中物理实验报告集锦06科学探究：平抛运动的特点-高中物理实验报告集锦学案

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一、实验目的
（1）描绘物体做平抛运动的轨迹并分析其特点。
（2）根据平抛运动的轨迹求平抛初速度。 实验器材 斜槽、小球、木板、铅垂线、坐标纸、图钉、刻度尺、铅笔（ 或卡孔 ）等。
二、实验原理与设计
将斜槽等器材安装起来，实验装置如图 2-18 所示。小球从斜槽上滚下，通过水平槽 飞出后做平抛运动。使小球每次都从斜槽上同一位置由静止释放，小球在空中做平抛运动 的轨迹相同。设法用铅笔描出小球经过的位置。通过多次实验，在坐标纸上记录小球所经 过的多个位置，用平滑的曲线将各点连起来，从而得到小球做平抛运动的轨迹。 根据平抛运动的公式 x = v0t 和 y = 12 gt 2 ，可求出小球做平抛运动的初速度。
三、实验装置示意图
四、实验步骤
（1）用图钉把坐标纸钉在竖直木板上，在木板的左上角固定斜槽，并使其末端保持 水平。 （2）用悬挂在槽口的铅垂线把木板调整到竖直方向，并使木板平面与小球下落的竖直 面平行且靠近，固定好木板。
（3）把小球放在槽口处，用铅笔记下小球在槽口时球心在木板上的水平投影点 O，再 利用铅垂线在纸上画出通过 O 点的竖直线。
（4）将小球从斜槽上合适的位置由静止释放，使小球的运动轨迹大致经过坐标纸 的右下角。
（5）把笔尖放在小球可能经过的位置，如果小球运动中碰到笔尖，用铅笔在坐标纸该 位置画上一点。用同样的方法，从同一位置释放小球，在小球运动路线上描下若干点。
五、数据分析
（1）根据实验记录，在坐标纸上描绘小球平抛运动的轨迹。
（2）在平抛运动轨迹上选取几个水平间距相等的测量点，测出并计算相应物理量填 入你设计的表格中。
（3）观察描出的轨迹，与你熟悉的曲线进行比较，猜想y与x的关系，作出y-x 2 图像， 验证你的猜想。 （见例题）
六、实验结论 请写出实验结论。（见例题）
七、安全警示 不随意扔小球并注意小球落地过程，避免小球伤人或损坏实验室物品。
九、素养提升
能有针对性地提出可探究的物理问 题；能在他人帮助下制订相关的探究方 案，有根据器材调整实验方案的意识， 获取数据；能分析数据、画出平抛运动的轨迹图像，并计算水平初速度及重力加速度；能撰写比较完整的实验报告，在报告中能呈现实验表格、数据分析过程及实验结论，能根 据实验报告进行交流。 注意提升实验操作能力及猜想验证 能力。 ——科学探究
例题1.在平抛轨迹上依次选取水平方向等间距的 A、B、C、D、E、F 几个点，在竖直方向上测量并计算yCD-yBC、yBC-yAB， 在误差允许的范围内，它们有怎样的特点？由此你能得出小球在竖直方向上的运动性质吗？
小方格的边长l=2.5cm，g=10m/s2，求平抛运动的初速度
【答案】相等 2√gL 1m/s
【解析】△y=GT2 v=△x/T
例题2. 2021高考广东卷（新高考）第11题.
某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200g的钢球（直径略小于玻璃管内径）逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。
（1）利用计算弹簧的压缩量：，，______cm，压缩量的平均值______cm；
（2）上述是管中增加______个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）忽略摩擦，重力加速度g取，该弹簧的劲度系数为______N/m。（结果保留3位有效数字）
【答案】 (1). 6.04 (2). 6.05 (3). 3 (4). 48.6
【解析】（1）[1]根据压缩量的变化量为
[2]压缩量的平均值为
（2）[3]因三个是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量；
（3）[4]根据钢球的平衡条件有
解得
。
例题3. 2020高考天津卷第9题
某实验小组利用图1所示装置测定平抛运动的初速度。把白纸和复写纸叠放一起固定在竖直木板上，在桌面上固定一个斜面，斜面的底边ab与桌子边缘及木板均平行。每次改变木板和桌边之间的距离，让钢球从斜面顶端同一位置滚下，通过碰撞复写纸，在白纸上记录钢球的落点。
①为了正确完成实验，以下做法必要的是________。
A.实验时应保持桌面水平
B.每次应使钢球从静止开始释放
C.使斜面的底边ab与桌边重合
D.选择对钢球摩擦力尽可能小的斜面
②实验小组每次将木板向远离桌子的方向移动，在白纸上记录了钢球的4个落点，相邻两点之间的距离依次为，示意如图2。重力加速度，钢球平抛的初速度为________m/s。
③图1装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是________。
【答案】 (1). AB (2). 2 (3). 方便调整木板保持在竖直平面上
【解析】①[1]A．实验过程中要保证钢球水平抛出，所以要保持桌面水平，故A正确；
B．为保证钢球抛出时速度相同，每次应使钢球从同一位置静止释放，故B正确；
CD．实验只要每次钢球抛出时速度相同即可，斜面底边ab与桌面是否重合和钢球与斜面间的摩擦力大小对于每次抛出的速度无影响，故C错误，D错误。
故选AB。
②[2] 每次将木板向远离桌子的方向移动，则在白纸上记录钢球的相邻两个落点的时间间隔相等，刚球抛出后在竖直方向做自由落体运动，根据可知相邻两点的时间间隔为
刚球在水平方向上做匀速直线运动，所以小球初速度为
③[3]悬挂铅垂线的目的是方便调整木板保持在竖直平面上。
例题4.2019年高考北京理综卷第21题．（18分）
用如图1所示装置研究平地运动。将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上。钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出，落在水平挡板MN上。由于挡板靠近硬板一侧较低，钢球落在挡板上时，钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点。移动挡板，重新释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹点。
（1）下列实验条件必须满足的有____________。
A．斜槽轨道光滑
B．斜槽轨道末段水平
C．挡板高度等间距变化
D．每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球
（2）为定量研究，建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系。
a．取平抛运动的起始点为坐标原点，将钢球静置于Q点，钢球的________（选填“最上端”、“最下端”或者“球心”）对应白纸上的位置即为原点；在确定y轴时______（选填“需要”或者“不需要”）y轴与重锤线平行。
b．若遗漏记录平抛轨迹的起始点，也可按下述方法处理数据：如图2所示，在轨迹上取A、B、C三点，AB和BC的水平间距相等且均为x，测得AB和BC的竖直间距分别是y1和y2，则______（选填“大于”、“等于”或者“小于”）。可求得钢球平抛的初速度大小为____________（已知当地重力加速度为g，结果用上述字母表示）。
（3）为了得到平抛物体的运动轨迹，同学们还提出了以下三种方案，其中可行的是____________。
A．从细管水平喷出稳定的细水柱，拍摄照片，即可得到平抛运动轨迹
B．用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置，平滑连接各位置，即可得到平抛运动轨迹
C．将铅笔垂直于竖直的白纸板放置，笔尖紧靠白纸板，铅笔以一定初速度水平抛出，将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹
（4）伽利略曾研究过平抛运动，他推断：从同一炮台水平发射的炮弹，如果不受空气阻力，不论它们能射多远，在空中飞行的时间都一样。这实际上揭示了平抛物体_________。
A．在水平方向上做匀速直线运动
B．在竖直方向上做自由落体运动
C．在下落过程中机械能守恒
（5）牛顿设想，把物体从高山上水平抛出，速度一次比一次大，落地点就一次比一次远，如果速度足够大，物体就不再落回地面，它将绕地球运动，成为人造地球卫星。
同样是受地球引力，随着抛出速度增大，物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动，请分析原因。
【答案】21．（18分）（1）BD（2）a．球心 需要b．大于 （3）AB（4）B
（5）物体初速度较小时，运动范围很小，引力可以看作恒力——重力，做平抛运动；随着物体初速度增大，运动范围变大，引力不能再看作恒力；当物体初速度达到第一宇宙速度时，做圆周运动而成为地球卫星。
【解析】（1）斜槽末段水平保证钢球平抛。
（2）b．，所以，
n
1
2
3
4
5
6
8.04
10.03
12.05
14.07
16.11
18.09