2026年高考物理一轮复习精讲精练第21讲实验5探究平抛运动的特点(讲义)(学生版+解析)

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考点一 实验：探究平抛运动的特点
基础过关
一、实验思路
用描迹法逐点画出小钢球做平抛运动的轨迹，判断轨迹是否为抛物线，并求出小钢球的初速度。
二、实验器材
末端水平的斜槽、背板、挡板、复写纸、白纸、钢球、刻度尺、铅垂线、三角板、铅笔等。
三、实验过程
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，并用铅垂线检查背板是否 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 ，也就是将小球放在斜槽末端直轨道上，小球若能 静止在轨道上的任意位置 ，则表明斜槽末端已调水平，如图。
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，会挤压复写纸，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 的点为坐标原点O，从坐标原点O画出竖直向下的y轴和水平向右的x轴。
四、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：图像法
建立y－x2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y－x2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．计算平抛运动物体的初速度
(1)类型1：若原点O为抛出点，利用公式x＝v0t和y＝eq \f(1,2)gt2即可求出多个初速度v0＝ xeq \r(\f(g,2y)) ，最后求出初速度的平均值，就是做平抛运动的物体的初速度。
(2)类型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。
③yBC－yAB＝gT2，且v0T＝x，由以上两式得v0＝xeq \r(\f(g,yBC－yAB))。
五、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。
【例1】（2025·广东揭阳·三模）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的必做实验的部分内容，请完成下列填空：
(1)在“探究平抛运动的特点”实验中：
①用图1装置进行探究，下列说法正确的是( )
A．只能探究平抛运动水平分运动的特点
B．需改变小锤击打的力度，多次重复实验
C．能同时探究平抛运动水平、竖直分运动的特点
②用图2装置进行实验，下列说法正确的是( )
A．斜槽轨道M必须光滑且其末端水平
B．上下调节挡板N时必须每次等间距移动
C．小钢球从斜槽M上同一位置静止滚下
(2)某实验小组在“用单摆测重力加速度”的实验中，测量小球的直径，某次读数为10.10mm，则所选用的测量仪器与图1中 （选填“A”、“B”或“C”）一致。
【答案】(1) B C
(2)B
【详解】（1）①[1]利用图1装置将做平抛运动的小球与做自由落体运动的小球作对比，该实验只能说明平抛运动的竖直方向的运动情况，不能反映平抛运动的水平方向运动情况。实验时，需要改变小锤的击打力度，多次重复实验。
故选B。
②[2]AC．用图2装置进行实验，为了保证从斜槽末端水平飞出的速度大小相等，小钢球必须从同一位置静止滚下，斜槽不必要光滑，但末端必须水平，故A错误，C正确；
B．挡板的作用是为了方便确定小球的运动未知，没有必要每次等间距移动，故B错误。
故选C。
（2）A．由图可知，A为10分度的游标卡尺，分度值为，且不需要估读，则不可能读出10.10mm，故A错误；
B．由图可知，B为20分度的游标卡尺，分度值为，且不需要估读，则可能读出10.10mm，故B正确；
C．由图可知，C为螺旋测微器，分度值为，需要估读到分度值的下一位，则不可能读出10.10mm，故C错误。
故选B。
【例2】（2025·广东茂名·模拟预测）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。
(1)实验小组在“研究平抛物体运动”时使用如图装置进行实验，下列做法合理的是（ ）
A．安装斜槽轨道，使其末端保持水平
B．每次小球释放的初始位置可以任意选择
C．为描出小球的运动轨迹，描绘的点可以用折线连接
D．挡板高度必须按1∶3∶5的间隔变化
(2)在“用油膜法估测分子的大小”的实验中使用到油酸酒精溶液，其中酒精溶液的作用是（ ）
A．可使油酸和痱子粉之间形成清晰的边界轮廓
B．对油酸溶液起到稀释作用，快速形成单分子油膜
C．有助于测量一滴油酸的体积
D．有助于油酸的颜色更透明便于识别
(3)在“验证力的平行四边形定则”实验中，将画有坐标轴（横轴为轴，纵轴为轴，最小刻度为1mm）的纸贴在水平桌面上，如图甲所示。将橡皮筋的一端固定在轴上的点（B点位于图示部分之外），橡皮筋处于原长时，另一端位于轴上的点。
①用一只测力计将橡皮筋的P端沿y轴从A点拉至坐标原点O，此时拉力F的大小可由测力计读出。测力计的示数如图乙所示，F的大小为 N；
②撤去（1）中的拉力，橡皮筋P端回到A点；现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P端拉至O点。此时观察到两个拉力分别沿图甲中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F1=4.2N和F2=5.6N；
③用5mm长度的线段表示1N的力，以O为作用点，在图甲中画出力F1、F2的图示 ，然后按平行四边形定则画出它们的合力F合 。
【答案】(1)A
(2)B
(3) 4.0 4.0
【详解】（1）A．调节使斜槽末端保持水平，是为了保证小球做平抛运动，故A正确；
B．因为要画同一运动的轨迹，必须每次释放小球的位置相同， 且由静止释放，以保证获得相同的初速度，故B错误；
D．描点法描绘运动轨迹时，应将各点连成平滑的曲线，不能 连成折线或者直线，故C错误；
D．挡板高度可以任意变化，不需要挡板高度必须按1∶3∶5的间隔变化，故D错误。
故选A。
（2）在“用油膜法估测分子的大小”实验中，酒精溶液的主要 作用是稀释油酸，使其快速形成单分子油膜。酒精的稀 释作用使得油酸分子能够均匀铺展在水面上，从而方便 测量油膜面积，进而估算分子大小。
故选B。
（3）[1]图乙可知弹簧测力计最小分度值为0.2N，故读数保留到十分位，故读数为4.0N。
[2]力的图示如下
[3]由于用5mm长度的线段表示1.0N的力，上图可知合力边长度为2cm，故
【例3】（2025·辽宁沈阳·三模）在“探究平抛运动的特点”实验中，用图1装置研究平抛运动在竖直方向分运动特点，用图2装置研究平抛运动在水平方向分运动特点。
(1)关于两幅图，下列说法正确的是_____。
A．在图1中，打击重锤力度越大，落地时间越短
B．在图2中，使用粗糙斜槽可能增加实验系统误差
C．在图2中，斜槽轨道M末端切线方向必须与重锤线垂直
D．无论在图1中还是在图2中，为了减小误差，我们都应该选择密度大、体积小的球
(2)在图2的实验中，让小球多次从斜槽上滚下，在白纸上依次记下小球的位置，某同学得到的记录纸如图3所示，图中有两个点位于抛物线下方的原因可能是 。
【答案】(1)CD
(2)静止释放小球的位置可能不同
【详解】（1）[1]A．根据小球竖直方向做自由落体运动，落地时间为，由竖直高度决定，打击重锤力度越大，使平抛出去的小球水平初速度越大，跟落地时间无关，故A错误；
B．在图2中斜槽有无摩擦对实验误差没有影响，只需要确定每次从同一位置静止释放即可，故B错误；
C．在图2中，斜槽轨道M末端切线方向必须与重锤线垂直，以保证小球飞出时初速度沿水平方向，故C正确；
D．选择密度大、体积小的球为了减小空气阻力，尽可能使小球运动过程只受重力，以减小误差，故两个图都应该满足，故D正确。
故选CD。
（2）[1]图中有两个点位于抛物线下方的原因可能是静止释放小球的位置可能不同，释放位置更低一些导致平抛的初速度偏小，相同水平位移需更长的时间，故两个点偏下竖直位移更大。
【例4】（2025·天津河西·二模）用如图甲所示装置研究平抛运动。
(1)关于该实验，下列说法中哪些是正确的？___________（填写正确答案标号）
A．实验中应保持硬板竖直
B．建立坐标轴时应以槽口的端点作为坐标原点
C．用实心铁球完成实验比用空心木球完成实验效果好
D．绘制平抛运动轨迹时应该用直线连接小球经过的所有位置
(2)某位同学通过实验得到了平抛小球的运动轨迹。为了进一步探究平抛运动的特点，他建立了以抛出点为原点的坐标系，并在轨迹上取一些点，测量这些点的水平坐标和竖直坐标。若坐标、满足关系___________，就能够说明小球的运动轨迹为抛物线。（填写正确答案标号）
A．B．C．D．
(3)另一位同学在进行这个实验时，忘记了记录平抛的抛出点，并得到如图乙所示的平抛小球运动轨迹，则图中的 。（填写“>”、“