2022届高考物理一轮突破实验五 探究平抛运动的特点

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实验五　探究平抛运动的特点
【实验过程】
1．将斜槽固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，斜槽末端的切线水平，如图所
示。
2．用图钉将坐标纸固定在木板的左上角，把木板调整到竖直位置，使板面与小
钢球运动轨迹所在的平面平行且靠近。把小钢球放在槽口(斜槽末端)处，用铅
笔记下小钢球在槽口时球心在坐标纸上的水平投影点 O，O点即坐标原点。利
用重垂线画出过坐标原点的竖直线作为 y轴，在水平方向建立 x轴。
3．使小钢球从斜槽上某一位置由静止滚下，小钢球从斜槽末端飞出，先用眼睛
粗略确定做平抛运动的小钢球在某一 x值处的 y值，然后让小钢球从斜槽上同
一位置由静止滚下，移动笔尖在坐标纸上的位置，当小球恰好与笔尖正碰时，
用铅笔在坐标纸上描出代表小钢球通过位置的点。重复几次实验，在坐标纸上
描出一系列代表小钢球通过位置的点。
4．取下坐标纸，将坐标纸上记下的一系列点用平滑曲线连接起来，即可得到小
钢球做平抛运动的轨迹。
【数据处理】
1．判断平抛运动的轨迹是不是抛物线：
(1)原理：若平抛运动的轨迹是抛物线，则应以抛出点为坐标原点建立直角坐标
系，且轨迹上各点的坐标满足 y＝ax2的关系，且同一运动轨迹上 a是一个特定
的值。
(2)验证方法：
方法一：代入法
用刻度尺测量几个点的 x、y坐标，分别代入 y＝ax2中求出常数 a，判断 a值在
误差允许的范围内是否为一常数。
方法二：图象法
建立 yx2坐标系，根据所测量的各个点的 x、y坐标值分别计算出对应 y值的 x2
值，在 yx2坐标系中描点，连接各点看是否在一条直线上，并求出该直线的斜率
即为 a的值。
2．计算平抛运动的初速度：
(1)平抛运动轨迹完整(即含有抛出点)：
在轨迹上任取一点，测出该点离原点的水平位移 x及竖直位移 y，就可求出初速
度v0。因为 x＝v0t，y＝gt2，所以 v0＝x。
(2)平抛运动轨迹残缺(即无抛出点)：
如图所示，在轨迹上取三点 A、B、C，使 A、B间及 B、C间的水平距离相等，
由平抛运动的规律可知，A、B间与 B、C间所用时间相等，设为 t，则 Δh＝hBC
－hAB＝gt2，所以 t＝，初速度 v0＝＝x。
【误差分析】
1．斜槽末端没有调节成水平状态，导致初速度未沿水平方向。
2．坐标原点不够精确。
3．空气阻力使小球不是真正的平抛。
【注意事项】
1．固定斜槽时，要保证斜槽末端的切线水平，保证小球的初速度沿水平方向。
2．固定木板时，木板必须处在竖直平面内且与小球运动轨迹所在的竖直平面平
行，固定时要用重垂线检查坐标纸竖线是否竖直。
3．为保证小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放，可在斜槽上某一位置固定
一个挡板。
4．要在斜槽上适当高度释放小球，使它以适当的水平初速度抛出，其轨迹由木
板左上角到达右下角，这样可以减小测量误差。
5．坐标原点不是槽口的端点，应是小球出槽口时球心在木板上的投影点。
6．计算小球的初速度时，应选距抛出点稍远一些的点为宜，以便于测量和计算。
【实验创新】
探究平抛运动的特点的实验原理为描点法，即描绘出小球的运动轨迹，建立坐
标系，测出轨迹曲线上某一点的坐标 x和y，由公式：x＝v0t和y＝gt2，解得v0
＝x，本实验的创新有两个视角。
视角一：不改变实验目的，实验目的仍为确定平抛物体的初速度，但改变实验
装置，即改变获得轨迹的方法(利用数码相机记录平抛运动的轨迹等)
视角二：不改变实验装置，改变实验目的，分析利用该装置还可以求物体的动
能。
教材原型实验
【典例 1】(2020·南昌模拟)如图甲是研究平抛运动的实验装置图，图乙是实验
后在白纸上作的图。
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