人教版高中物理必修二[知识点整理及重点题型梳理] 实验：研究平抛运动

人教版高中物理必修二

知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

实验：研究平抛运动

【学习目标】

1.用实验与理论进行探究、分析，认识平抛运动的规律；

2.用实验方法描出平抛物体的运动轨迹；

3.根据平抛运动的轨迹确定平抛物体的初速度；

4.理解实验探究的意义，学会构思实验方案，组织实验器材，完成实验探究或者是验证，并会分析实验

现象获得实验结论。

【要点梳理】

要点一、探究平抛运动规律的思路

1.物体做平抛运动的条件是物体只受重力作用，且具有水平的初速度，即恒定的重力与初速度方向垂直，平抛运动是曲线运动。

因为平抛运动的物体在水平方向不受力的作用，在竖直方向上只受到恒定的重力作用。因此可将平抛运动分解为水平方向和竖直方向的两个直线运动。

2.分析在这两个方向上物体的受力情况，结合初始条件，运用牛顿第二定律推测在这两个方向上物体分别做什么运动。

如：在水平方向上物体不受力，应该以平抛的初速度做匀速直线运动；在竖直方向物体只受重力，且初速度为零，应该做自由落体运动。

3.设计实验，分别验证物体在这两个方向上的运动是否和猜想一致。

要点二、探究平抛运动规律的实验方法

实验方法即应该怎样验证物体在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动，现介绍两种方法——对比实验法和描迹论证法。

一、对比实验法

对比实验法即将平抛运动和自由落体同时进行，对比试验；将平抛运动和水平方向上的匀速运动对比试验。

（1）创设一个情景，让物体做平抛运动的同时，另一个物体以相同的初速度在水平面上做匀速直线运动，并且使两个物体运动的初始位置在同一竖直线上。

若两个物体在运动过程始终在同一条竖直线上，或者平抛运动的物体恰好和匀速直线运动的物体相遇，便可以说明平抛运动的物体在水平方向的运动和匀速直线运动一样，是匀速直线运动，否则便不是。

（2）创设一个情景，让物体做平抛运动的同时，另一个物体从同一位置做自由落体运动。

若两个物体在运动过程始终在同一条水平线上，或者平抛运动的物体恰好和自由落体运动的物体同时落地，便可以说明平抛运动的物体在竖直方向的运动和自由落体运动一样，是自由落体运动，否则便不是。

二、描迹探究法

因为物体在不同方向上的分运动具有同时性，只要研究物体在两个方向上的位移关系——弄清物体的运动轨迹，适当的引进时间参数，便可以由一个方向的运动推知另一个方向的运动。

（1）描出平抛物体运动的轨迹

（2）研究水平运动和竖直运动的相互关系，印证猜想是否正确。

要点三、根据平抛运动的轨迹确定平抛物体的初速度

1.实验原理

平抛物体的运动，可以看作水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合运动，因而物体在任意时刻t 的坐标x 和y 可以用下列公式求出：

x=v 0t ①

21

y=2

gt ② 从①和②消去t ，得2

20

2g y x v

因此平抛物体的运动轨迹为一抛物线。

平抛物体运动轨迹上任一点的位置均可用水平位移x 和竖直位移y 来确定。反过来，已知平抛运动的轨迹，我们就可以求得轨迹上任一点的水平位移x 和竖直位移y ，再根据公式2

1y=2

gt 求出平抛物体的飞

行时间x=v 0t 求出物体做平抛运动的初速度。 2.实验操作

（1）安装调整斜槽：用图钉把白纸钉在竖直板上，在木板的左上角固定斜槽，可用平衡法调整斜槽，即将小球轻放在斜槽平直部分的末端处，能使小球在平直轨道上的任意位置静止，就表明水平已调好。

（2）调整木板：用悬挂在槽口的重锤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。然后把重锤线方向记录到钉在木板的白纸上，固定木板，使在重复实验的过程中，木板与斜槽的相对位置保持不变。

（3）确定坐标系：把小球放在槽口处，用铅笔记下球在槽口时球心在图板上的水平投影点O ，O 点即为坐标原点(O 点不是槽口的端点)。用铅笔记录在白纸上。用重锤线确定Y 轴。

（4）描绘运动轨迹：在木板的平面上用手按住卡片，使卡片上有孔的一面保持水平，调整卡片的位置，使从槽上滚下的小球正好穿过卡片的孔，而不擦碰孔的边缘，然后用铅笔在卡片的缺口上点个黑点，这就在白纸上记下了小球穿过孔时球心所对应的位置。

保证小球每次从斜槽上一固定位置无初速释放，用同样的方法，可找出小球平抛轨迹上的一系列位置。取下白纸用平滑的曲线把这些位置连接起来即得小球做平抛运动的轨迹。

（5）计算初速度，如图所示，以O 点为原点画出竖直向下的y 轴和水平向右的x 轴，并在曲线上选取A 、B 、C 、D 、E 、F 六个不同的点，用刻度尺和三角板测出它们的坐标x 和y ，用公式x=v 0t 和21y=2

gt 计算出小球的初速度v 0，最后计算出v 0的平均值。

3.注意事项

（1）实验中必须保持通过斜槽末端点的切线水平，方木板必须处在竖直面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平行，并使小球的运动靠近图板但不接触。

（2）小球必须每次从斜槽上同一位置滚下，即在斜槽上固定一个挡板（不要用手放）。

（3）坐标原点（小球做平抛运动的起点）不是槽口的端点，应是小球在槽口时，球的球心在木板上的水平投影点，即端点上r（小球半径）处。

（4）要在斜轨上适当的高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨道由图板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。

（5）要在平抛轨道上选取距O点远些的点来计算球的初速度，这样可使结果的误差较小。

【典型例题】

类型一、对实验操作的考察

例1、(2015 广州校级期中)关于打点计时器的使用说法正确的是（）

A．电磁打点计时器使用的是10V以下的直流电源

B．在测量物体速度时，先让物体运动，后接通打点计时器的电源

C．使用的电源频率越高，打点的时间间隔就越短

D．纸带上打的点越密，说明物体运动得越慢

【答案】CD

【解析】A、电磁打点计时器使用的是6V以下的交流电源，故A错误；

B、实验过程应先接通电源后释放纸带，否则在纸带上留下的点很少，不利于数据得处理和减小误差，

故B错误；

C、打点的时间间隔取决于交流电压的频率，电源频率越高，打点的时间间隔就越小，故C正确；

D、纸带上打的点越密，说明相等的时间间隔位移越小，即物体运动的越慢，故D正确。

【总结升华】对于基本实验仪器不光要了解其工作原理，还要从实践上去了解它。

举一反三

【课程：实验：研究平抛运动例3】

【变式1】在做“研究平抛运动”实验中应采取下列哪些措施可减小误差（）

A．斜槽轨道必须光滑

B．斜槽水平部分轨道必须水平

C．每次要平衡摩擦力

D．小球每次应从斜槽上同一高度释放

E. 在曲线上取作计算的点离原点O较远

【答案】BDE

【课程：实验：研究平抛运动例4】

【变式2】在做“研究平抛运动”的实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球做平抛运动的轨迹，为了能较准确地描绘运动轨迹，下面列出了一些操作要求，将你认为正确的选项前面的字母填在横线上：＿＿＿＿＿

A．通过调节使斜槽的末端保持水平

B．每次释放小球的位置必须不同

C．每次必须由静止释放小球