2026届高考物理一轮复习课件 第四章 第6讲 实验 探究平抛运动的特点

这是一份2026届高考物理一轮复习课件 第四章 第6讲 实验 探究平抛运动的特点，共60页。PPT课件主要包含了考点一，基础性实验，考点二，创新性实验，x4-x3，x3-x2，x2-x1，满分50分，课时作业，小球从O点等内容，欢迎下载使用。
一、装置与器材末端水平的斜槽、背板、挡板、复写纸、白纸、钢球、刻度尺、重垂线、三角板、铅笔等。
二、实验步骤1.安装(调整)背板:将白纸放在复写纸下面,然后固定在装置背板上,并用重垂线检查背板是否竖直。2.安装(调整)斜槽:将固定有斜槽的木板放在实验桌上,用平衡法检查斜槽末端是否水平,即将小球放在斜槽末端直轨道上,小球若能静止在直轨道上的任意位置,则表明斜槽末端已调水平。
3.描绘运动轨迹:让小球在斜槽的某一固定位置由静止滚下,并从斜槽末端飞出开始做平抛运动,小球落到倾斜的挡板上,挤压复写纸,会在白纸上留下印迹。取下白纸用平滑的曲线把这些印迹连接起来,就得到小球做平抛运动的轨迹。4.确定坐标原点及坐标轴:选定斜槽末端处小球球心在白纸上的投影点为坐标原点O,从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
三、数据处理1.判断平抛运动的轨迹是不是抛物线
如图所示,在x轴上作出等距离的几个点A1、A2、A3、…,把线段OA1的长度记为l,则OA2=2l,OA3=3l,…,由A1、A2、A3、…向下作垂线,与轨迹交点分别记为M1、M2、M3、…,若轨迹是一条抛物线,则各点的y坐标和x坐标之间应该满足关系式y=ax2(a是待定常量),用刻度尺测量某点的x、y两个坐标值代入y=ax2求出a,再测量其他几个点的x、y坐标值,代入y=ax2,若在误差范围内都满足这个关系式,则这条曲线是一条抛物线。
2.计算平抛物体的初速度
情境2:若原点O不是抛出点(1)在轨迹曲线上取三点A、B、C,使xAB=xBC=x,如图所示。A到B与B到C的时间相等,设为T。
(2)用刻度尺分别测出yA、yB、yC,则有yAB=yB-yA,yBC=yC-yB。
四、注意事项1.固定斜槽时,要保证斜槽末端的切线水平,保证小球的初速度水平。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.小球每次从斜槽上的同一位置由静止释放,为此,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。
五、误差分析1.斜槽末端没有调节成水平状态,导致初速度方向不水平。2.坐标原点不够精确等。
[例1] 【实验原理与实验操作】 (2024·河北卷,11)图甲为探究平抛运动特点的装置,其斜槽位置固定且末端水平,固定坐标纸的背板处于竖直面内,钢球在斜槽中从某一高度滚下,从末端飞出,落在倾斜的挡板上挤压复写纸,在坐标纸上留下印迹。某同学利用此装置通过多次释放钢球,得到了如图乙所示的印迹,坐标纸的y轴对应竖直方向,坐标原点对应平抛起点。
【解析】 (1)为保证钢球每次平抛运动的初速度相同,必须让钢球在斜槽上同一位置静止释放,故高度相同。
(1)每次由静止释放钢球时,钢球在斜槽上的高度　　　　(选填“相同”或“不同”)。 
(2)在坐标纸中描绘出钢球做平抛运动的轨迹。
【答案及解析】 (2)描点连线用平滑曲线连接,钢球做平抛运动的轨迹如图所示。
(3)根据轨迹,求得钢球做平抛运动的初速度大小为　　　 　m/s(当地重力加速度g为9.8 m/s2,结果保留2位有效数字)。 
[例2] 【实验数据处理】 (2025·陕晋青宁高考适应性考试)图甲为研究平抛运动的实验装置,其中装置A、B固定在铁架台上,装置B装有接收器并与计算机连接。装有发射器的小球从装置A某高处沿着轨道向下运动,离开轨道时,装置B开始实时探测小球运动的位置变化。根据实验记录的数据由数表作图软件拟合出平抛运动曲线方程y=1.63x2+0.13x,如图乙所示。
(1)安装并调节装置A时,必须保证轨道末端　　　　(选填“水平”或“光滑”)。 
【解析】 (1)安装并调节装置A时,必须保证轨道末端水平,以保证小球做平抛运动。
(2)根据拟合曲线方程,可知坐标原点　　　　(选填“在”或“不在”)抛出点。 
(3)根据拟合曲线方程,可计算出平抛运动的初速度为　　　　 m/s。(当地重力加速度g取 9.8 m/s2,结果保留2位有效数字) 
[例3] 【实验原理的创新】 (2024·安徽合肥一模)某同学设计了一个研究平抛运动的实验。实验装置示意图如图甲所示,A板是一块水平放置的木板,在其上等间隔地开凿出一组平行的插槽(图甲中P0P0′、P1P1′、…),槽间距均为d。把覆盖复写纸的白纸铺贴在硬板B上。实验时依次将B板插入A板P0P0′、P1P1′、P2P2′、…插槽中,每次让小球从斜轨的同一位置由静止释放。每打完一点后,把B板插入后一槽中。
(1)对于实验的操作要求,下列说法正确的是　　　。 A.斜槽轨道必须光滑B.将小球放置在槽的末端,小球要能够静止C.B板无需竖直放置
【解析】 (1)为保证小球做平抛运动的初速度大小相等,方向水平,斜槽的末端切线必须水平,小球每次从同一位置由静止释放,斜槽轨道不需要光滑,将小球放置在槽的末端,小球要能够静止,故A错误,B正确;实验通过插槽位置确定小球的水平位移,B板需竖直放置,故C错误。
(2)该同学因操作失误直接将B板从A板的某一插槽插入开始实验,并逐一往后面的插槽移动直至完成实验,得到实验结果如图乙所示,并且在打第3个点(图乙中的d点)时点迹很不清晰,该同学依然使用这一实验结果完成了实验。他测量出图乙中bc的距离为y1,ce的距离为y2,则小球平抛初速度的计算式为v0=　　 　　(用d、y1、y2、g表示)。 
[例4] 【实验目的的创新】 (2024·甘肃兰州三模)某同学用实验室现有器材设计了如图甲所示装置来测量当地的重力加速度。
该同学进行了如下操作:①调整弧形槽末端水平并固定,再将金属小球静置于槽的末端。在小球静止位置安装一个光电门,接通电源、使光电门发出的光线与小球球心在同一水平线上;②测量金属小球的直径d以及弧形槽末端到水平地面的竖直高度h;③将金属小球放在弧形槽一定高度由静止释放,测量小球落点与球心在水平地面投影点间的距离x。
(1)用螺旋测微器测得金属小球的直径d如图乙所示,则d=　　　 　mm。 
【解析】 (1)由螺旋测微器读数可知d=(11.5+36.0×0.01)mm=11.860 mm。
(2)某次实验中,金属小球通过光电门的时间为t,则金属小球的速度v=　　　　。(用题目中物理量符号表示) 
[例5] 【实验器材的创新】 (2025·广东佛山开学考试)某同学在佛山利用二维运动传感器研究平抛运动,实验装置如图甲所示,圆形信号发射器每隔0.05 s 发出一次信号,计算机利用信号接收点1、2接收到的信号之间的差异,可计算出信号发射器的实时位置,图乙是某次实验计算机绘制出的信号发射器平抛运动时的平面坐标位置图,图中每个小方格的边长为1 cm。
(1)图乙数据若满足　　　　　≈　　　　　≈　　　　　(使用图乙中物理量符号表示),即可认为圆形信号发射器在竖直方向的运动近似为匀加速直线运动; 
【解析】 (1)根据匀变速直线运动推论,连续相等时间内的位移差相等可知,若x4-x3≈x3-x2≈x2-x1,即可认为圆形信号发射器在竖直方向的运动近似为匀加速直线运动。
(2)根据图乙中数据,计算出圆形信号发射器经过A点时水平方向的速度为　　　　m/s,以及当地重力加速度的大小为　　　　m/s2。(结果均保留3位有效数字) 
(3)通过查找资料发现,广东地区的重力加速度为9.78 m/s2,实验结果出现该偏差的原因可能是　　　。 A.圆形信号发射器运动过程中受到空气阻力B.信号实际发射间隔大于0.05 sC.轨道的出口处不水平D.轨道不光滑
【解析】 (3)圆形信号发射器运动过程中受到空气阻力,则测得的重力加速度偏小,故A不符合题意;信号实际发射间隔大于0.05 s,则时间T偏小,测得的重力加速度偏大,故B符合题意;轨道的出口处不水平、轨道不光滑不影响竖直方向上重力加速度的测量,故C、D不符合题意。
[例6] 【数据处理的创新】 (2024·湖南长沙期中)如图甲,有一种电动水枪,它有三种模式,一种是散射,一种是直线连续喷射,还有一种是脉冲式发射。某同学想测定后两种模式水枪的发射速度。他进行了如下操作(g取10 m/s2):
(1)将电动水枪水平固定在铁架台上,采用直线连续喷水模式,按压扳机后细水柱沿直线喷出,在空中划出一条曲线。在铁架台后面平行于水枪竖直固定一块坐标板,使O点处于枪口位置,x轴与枪口在同一水平线上,水枪喷水后用手机拍照,得到如图乙所示的轨迹。根据图乙中轨迹可得初速度v0=　　　　m/s。(结果保留3位有效数字) 
(2)改用脉冲发射方式,每次发射都射出一个“水弹”(很短的小水柱)。测出枪口的高度及“水弹”的射程。改变水枪高度,多次实验。根据实验数据作出枪口高度y与射程的二次方x2的关系图线如图丙所示,由图丙可知水枪发射“水弹”的初速度大小为　　　　m/s。 
1.(4分)(2024·云南昆明阶段练习)图甲是探究平抛运动的特点的实验装置图,图乙是利用该实验装置拍摄小球运动的频闪照片,每次曝光的时间间隔相等,由照片可判断下列说法正确的是　　　　。 A.斜槽末端切线水平B.小球从0运动到2和从4运动到6的时间相等C.小球在1、2位置速度相同D.小球竖直方向上的分运动是自由落体运动
【解析】 由题图可知小球做斜抛运动,所以斜槽末端切线不水平,故A错误;由于每次曝光的时间间隔相等,小球从0运动到2和从4运动到6的时间都是两个时间间隔,所以时间相等,故B正确;小球在1位置速度斜向上,小球在2位置速度斜向下,小球在1、2位置速度不同,故C错误;小球竖直方向上的分运动是竖直上抛运动,故D错误。
2.(10分)(2024·安徽合肥期中)飞镖是具有悠久历史的游戏。20世纪70年代以后,飞镖成为世界上最受欢迎的运动之一。长久以来这项运动的起源被认为是标枪、弩箭或箭术。其同心圆的靶子非常类似射箭靶,飞镖非常类似箭。如图甲所示,某同学为了研究飞镖在空中的运动轨迹,将飞镖上绑上自制信号发射装置,使用弹射器水平弹出,并使用实验室的“魔板”进行记录,如图乙所示,为一次实验记录中的一部分,图乙中背景方格的边长表示实际长度8 mm,g取10 m/s2,那么:
(1)飞镖在水平方向上的运动是　　　。 A.匀速直线运动B.匀变速直线运动C.变加速直线运动D.曲线运动
【解析】 (1) 飞镖在水平方向上不受力,所以水平方向的运动是匀速直线运动。故选A。
(2)图乙中的A点　　　　(选填“是”或“不是”)飞镖发射的起点。 
【解析】 (2) 水平方向上飞镖做匀速直线运动且A、B与B、C间的水平距离相等,所以飞镖经过A、B与B、C间的时间相等,若A点是抛出点,则A、B与B、C间竖直方向的位移之比为1∶3,但实际AB与BC间竖直方向的位移之比为3∶5,所以A点不是抛出点。
(3)从图像上分析,魔板记录间隔T=　　　　s;小球做平抛运动的水平初速度大小是　　　　m/s;飞镖到B点时,已经在空中飞行了　　　　s。 
3.(12分)(2024·山西太原阶段检测)利用传感器和计算机研究平抛运动的规律,物体A中装有发射装置,可以在竖直平面内向各个方向同时发射超声波脉冲和红外线脉冲。B是超声—红外接收装置,其中装有B1、B2两个超声红外接收器,并与计算机相连。B1、B2各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差,计算机即可算出它们各自与物体A的距离。如图甲所示,物体A从斜槽上的P点由静止释放,从斜槽末端O飞出,以抛出点为原点建立坐标系,计算机记录了一系列A的坐标值,数据如表格所示。
(1)以下实验操作正确的是　　　。(多选) A.图甲中斜槽末端O的切线应该水平B.实验中需要多次让A从固定的位置P由静止释放C.若仅用超声波脉冲进行信号的发射和接收,也能完成该实验D.B1、B2两个超声—红外接收器和斜槽末端O应该在同一个竖直平面内
【解析】 (1)题图甲中斜槽末端O的切线应该水平,以保证物体A做平抛运动,故A正确;本实验不需要重复进行,所以实验中不需要多次让A从固定的位置P由静止释放,故B错误;B1、B2各自测出收到超声脉冲和红外脉冲的时间差,计算机即可算出它们各自与物体A的距离,所以仅用超声波脉冲进行信号的发射和接收,不能完成该实验,故C错误;B1、B2两个超声-红外接收器和斜槽末端O应该在同一个竖直平面内,故D正确。
(2)根据实验数据在图丙中描出了相应的点,请描绘A的运动轨迹。
【答案及解析】 (2)描绘轨迹如图所示。
(3)已知A每隔0.04 s发射一次超声-红外脉冲,则A平抛的初速度v=　　 m/s。 
(4)由该实验求得当地的重力加速度g=　　　m/s2(结果保留1位小数)。 
(5)利用该实验能否验证抛体运动的机械能守恒,并简述原理　 。 
【答案及解析】 (5)利用该实验能验证抛体运动的机械能守恒,原理是通过以上分析可以计算平抛初速度,再选取合适的点,根据竖直方向做自由落体运动计算该点的竖直分速度,进而计算该点的合速度,根据动能变化与势能变化的比较可以验证机械能守恒。
4.(12分)(2024·广东汕头二模)某同学用平抛运动规律来测量木制小球从玩具轨道顶部滚落到水平底部时的速度。装置图如图甲所示,需要用到的器材有:新买的学习桌、气泡水平仪、包装用的快递盒(瓦楞纸板)和刻度尺。实验步骤如下:
(1)将桌子边缘与地板纹路平行,轨道底部与桌子边缘对齐。(2)利用气泡水平仪将桌面调至水平。通过查阅说明书,该同学知道气泡在水平仪中总保持在最高位置,当气泡处于参考线内时,安装面达到水平。将水平仪贴近桌子边缘,俯视图如图乙,右侧气泡不在参考线内,此时应该将　　　 　　(选填“1号”“2号”“3号”或“4号”)两个桌脚适当垫高。 
【解析】 (2)由题图乙可知气泡偏右,说明桌子左侧低,应该将1号、4号桌脚适当垫高。
(3)把瓦楞纸固定在架子上,调节好架子让瓦楞纸正对轨道固定在水平地面上;将小球沾上墨水,并记录小球在轨道开始下滑的位置为O点,静止释放小球,小球飞出后在瓦楞纸板留下痕迹。(4)将瓦楞纸板往远离桌子方向平行移动距离D,并固定,　　　　　　　　　　(填写操作步骤)。重复此步骤4次,瓦楞纸板上留下点迹如图丙所示。 
【解析】 (4)实验中应保持平抛运动的初速度不变,需要小球从O点由静止开始下滑。
(5)用刻度尺测量AB、BC、CD之间的距离y1=16.87 cm、y2=28.97 cm、y3=41.07 cm,重力加速度g取10 m/s2,则相邻两次实验小球在空中运动的时间之差为T=　　　　s(结果保留2位有效数字)。 
【解析】 (5)小球在竖直方向做自由落体运动,有y2-y1=gT2,解得T=0.11 s。
(6)用刻度尺测量瓦楞纸板每次平行移动的距离D=12.0 cm,则小球从轨道底部水平飞出的速度v0=　　　　m/s(结果保留3位有效数字)。 
(7)完成实验后,该同学对实验进行评价反思,可能引起误差的原因有　　(多选,填字母)。 A.未测量水平轨道底部离桌面的高度B.瓦楞纸板厚度不可忽略C.小球下落过程中有空气阻力D.由小球在瓦楞纸板上的痕迹,通过圆心确定位置时存在误差
【解析】 (7)未测量水平轨道底部离桌面高度,不影响小球竖直位移,故A错误;瓦楞纸板厚度不影响水平位移,可忽略,故B错误;小球下落过程中有空气阻力,影响水平位移和竖直位移,故C正确;由小球在瓦楞纸板上的痕迹,通过圆心确定位置时存在误差,影响竖直位移,故D正确。
5.(12分)(2024·湖南湘潭二模)某学习小组利用频闪照相机、毫米刻度尺、量角器研究小球做平抛运动的规律,频闪照相机每隔时间T拍摄一张照片。(1)为了尽可能减小空气阻力的影响,小球应选择　　　(填字母)。 A.实心金属球B.空心塑料球C.实心塑料球
【解析】 (1)为了尽可能减小空气阻力的影响,小球应选择密度大,体积小的小球,故A正确。
(2)依次连续拍下三张小球照片并标记位置A、B、C,如图。
(3)经测量,AB段的长度为l1,AB与竖直方向的夹角为α,BC段的长度为l2,BC与竖直方向的夹角为β。