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实验六 探究平抛运动的特点
1.实验思路
(1)思路：把复杂的曲线运动分解为不同方向上两个相对简单的直线运动。
(2)平抛运动的分解方法
由于物体是沿着水平方向抛出的，在运动过程中只受到竖直向下的重力作用，可
尝试将平抛运动分解为水平方向的分运动和竖直方向的分运动。
2.探究平抛运动竖直分运动的特点
(1)实验按图示1 装置进行实验，小钢球A、B 位于相同高度处，用小锤击打弹性金
属片，金属片C 受到小锤的击打，向前推动A，小钢球A 具有水平初速度，做平抛
运动，同时松开小钢球B，自由下落，做自由落体运动。
图1
(2)分析
仔细观察可知，不管两个小钢球距地面的高度为多大，或小锤击打金属片的力度
多大(小锤击打金属片的力度越大，小钢球A 水平抛出的初速度越大)，两小钢球
每次都同时落地，说明两小钢球在空中运动的时间相等，即做平抛运动的物体在
竖直方向上的分运动是自由落体运动。
(3)结论
做平抛运动的物体在竖直方向上做自由落体运动。
3.探究平抛运动水平分运动的特点
(1)实验在图示2 的实验装置中，两个相同的弧形轨道M、N，上端分别装有电磁铁
C、D；调节C、D 的高度，使AC＝BD。将小铁球P、Q 分别吸在C、D 上，然后切断
电源，使球以相同的初速度v0分别同时从M、N 的末端水平射出，其中与轨道N
相切的水平面光滑。
1
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图2
实验发现两铁球在P 球落地时相遇。只增大或减小轨道M 的高度再进行实验，结
果两铁球总是在
P 球落地时相遇
。
(2)分析
只改变轨道M 的高度，相当于只改变P 球做平抛运动的竖直高度，发现P、Q 两
球总是在P 球落地时相遇，即P 球在水平方向上的运动不因P 球在竖直方向上运
动时间的长短而改变，总是和在水平面上做匀速直线运动的Q 球有完全相同的
运动情况。
(3)结论
做平抛运动的物体在水平方向上做匀速直线运动；平抛运动的各分运动具有独立
性。
1.频闪照相法
(1)实验现象：
利用频闪照相机得到物体做平抛运动与自由落体运动对比的频闪照片如图3 所
示。
图3
(2)现象分析
①在竖直方向上，两球运动经过相等的时间，下落相同的高度，即在竖直方向上
的运动是相同的，都是自由落体运动。
②在水平方向上，平抛运动在通过相等的时间内前进的距离相同，即水平方向上
的运动是匀速直线运动。
(3)理论分析
①水平方向：初速度为v0，物体不受力，即Fx＝0，物体由于惯性而做匀速直线运
2
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动。
②竖直方向：初速度为零，物体受重力作用，即Fy＝mg，a＝g，物体做自由落体运
动。
2.描迹法
3
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命题点一 教材原型实验
【真题示例1】 (2021·全国乙卷，22)某同学利用图1(a)所示装置研究平抛运动的
规律。实验时该同学使用频闪仪和照相机对做平抛运动的小球进行拍摄，频闪仪
每隔0.05 s 发出一次闪光，某次拍摄后得到的照片如图(b)所示(图中未包括小球
刚离开轨道的影像)。图中的背景是放在竖直平面内的带有方格的纸板，纸板与小
球轨迹所在平面平行，其上每个方格的边长为5 cm。该同学在实验中测得的小球
影像的高度差已经在图(b)中标出。
图1
完成下列填空：(结果均保留2 位有效数字)
(1)小球运动到图(b)中位置A 时，其速度的水平分量大小为________m/s，竖直分
量大小为________m/s；
(2)根据图(b)中数据可得，当地重力加速度的大小为________m/s2。
答案 (1)1.0 2.0 (2)9.7
解析 (1)小球在水平方向上做匀速直
运
，小球运
到
线
动
动
A 点
，由
时
题图(b)可知，
其速度的水平分量vx＝ m/s＝1.0 m/s，小球在
直方向上做匀加速直
运
，根
竖
线
动
据中
刻的瞬
速度等于
段
的平均速度可知，小球运
到
间时
时
这
时间
动
A 点
，其速
时
度的
直分量
竖
vy＝ m/s＝2.0 m/s。
(2)在
直方向上，根据
竖
Δy＝gT2，解得当地的重力加速度
g＝ m/s2＝9.7 m/s2。
4
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【真题示例2】 (2019·4 月浙江选考，17)采用如图2 所示的实验装置做“研究平
抛运动”的实验。
图2
(1)实验时需要下列哪个器材________；
A.弹簧秤 B.重垂线 C.打点计时器
(2)(多选)做实验时，让小球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出小球平抛运动
的轨迹。下列的一些操作要求，正确的是________；
A.每次必须由同一位置静止释放小球
B.每次必需严格地等距离下降记录小球位置
C.小球运动时不应与木板上的白纸相接触
D.记录的点应适当多一些
(3)若用频闪摄影方法来验证小球在平抛过程中水平方向是匀速运动，记录下如
图3 所示的频闪照片。在测得x1、x2、x3、x4后，需要验证的关系是____________。
已知频闪周期为T，用下列计算式求得的水平速度，误差较小的是________。
图3
A.
B.
C.
D.
答案 (1)B (2)ACD
(3)x4－x3＝x3－x2＝x2－x1＝x1 D
解析 (1)
需要重垂
来确定
直方向，故
实验时
线
竖
选B。
(2)
保
每次小球运
的初速度相同，每次必
由同一位置静止
放小球，
为
证
动
须
释
A 正
确；
中，不必
格地等距离下降
小球位置，
实验
严
记录
B
；保
小球在空中运
错误为
证
只受到重力，小球运
不
与木板上的白
相接触，
动时
动时
应
纸
C 正确；
使描得的
为
迹精准些，
差小些，
的点
适当多一些，
轨
误
记录
应
D 正确。
(3)若小球在水平方向上做匀速直
运
，
足
线
动
则满
x1＝x2－x1＝x3－x2＝x4－x3，位
移
大
，距离的
量
差
小，故用
较
时
测
误
较
算水平速度
差
小，
计
误
较
D 正确。
5
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【针对训练1】 (2021·江
南通市
研
苏
调
)用如图4 所示的装置研究平抛运动。将白
纸和复写纸对齐重叠并固定在硬板上。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，如图5 所示的白纸上建立以抛出点为坐标原点
水平方向为x 轴、竖直方向为y 轴的坐标系。
(1)为保证实验结果误差尽可能小，下列说法正确的是________。
A.斜槽轨道必须光滑
B.必须调节斜槽，保证末端水平，且让小球出射方向与硬板平行
C.必须调节硬板，保证硬板在竖直平面内
D.轨道末端的Q 点即为坐标原点，也就是平抛运动的起点
(2)在图5 中实验记录到的点有一个位置明显发生偏差，其产生的原因可能是：该
次实验时，小球在斜槽上释放的位置与其他几次相比偏________(选填“高”或
“低”)。
(3)根据图2 记录的点可求得钢球平抛的初速度大小为________m/s(已知g＝10
m/s2)。
答案 (1)BC (2)低 (3)1
解析 (1)研究平抛运
的
必
足每次从斜槽上相同的位置无初速度
放
动
实验
须满
释
球，
是
了到达
钢
这样
为
Q 点
球能
得同
的平抛运
的水平初速度，与斜面
时钢
获
样
动
是否光滑没有什么影响，故A
；研究平抛运
的
足初速度方向
错误
动
实验还应满
为
水平方向，所以必
斜槽，保
末端水平，且
小球出射方向与硬板平行，故
须调节
证
让
B 正确；
了保
小球能在
直平面内做平抛运
，
必
硬板，保
硬板
为
证
竖
动
还
须调节
证
在
直平面内，故
竖
C 正确；建立直角坐
系
，要取小球
开始做平抛运
的
标
时
刚
动时
重心位置
坐
原点，也就是距离
道末端的
为
标
轨
Q 点左
一个小球半径的
度作
边
长
平抛运
的起点，故
为
动
D
。
错误
(2)在图5 中
到的点有一个位置明
生偏差，其
生的原因可能是
实验记录
显发
产
该
次
，小球在斜槽上
放的位置与其他几次相比偏低，
致其做平抛运
的
实验时
释
导
动
初速度偏小。
(3)由运
学公式，可得
动
h＝0.20 m＝gt2
6
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x＝0.20m＝v0t
立上式解得
联
v0＝1 m/s。
命题点二 实验创新
【真题示例3】 [2020·天津卷，9(1)]某实验小组利用图6 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。
图6
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0.2 m，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15.0 cm、25.0 cm、35.0 cm，示意如图7。重力
加速度g＝10 m/s2，钢球平抛的初速度为________m/s。
图7
③图6 装置中，木板上悬挂一条铅垂线，其作用是________________。
答案 ①AB ②2 ③方便将木板调整到竖直平面内
解析 ①
了使
球离开桌面做平抛运
，
保持桌面水平，
为
钢
动
实验时应
A
正确；
项
了使
球做平抛运
的初速度相同，每次
使
球从同一位置由静止
放，
为
钢
动
应
钢
释
B
正确；
与斜面是否光滑无关，
项
实验
D
；若
项错误
ab
与桌
重合，
球在空
边
边
则钢
中做的不是平抛运
，
动
C
。
项错误
②
球在水平方向做匀速直
运
，每次向右移
钢
线
动
动0.2 m，
球做平抛运
的
钢
动
时
均匀增大；直方向上，球做自由落体运
，有
间
竖
钢
动
Δy＝gT2，得T＝0.1 s，所以钢
7
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球平抛的初速度v＝＝2 m/s。
③木板上
挂
垂
是
了
整木板使其
于
直状
。
悬
铅
线
为
调
处
竖
态
【针对训练2】 (2021·山
日照模
东
拟)(1)下列三个装置图都可以用来探究平抛运动
的规律。
①用图8 甲装置实验时，要获得钢球的平抛轨迹，每次一定要将钢球从斜槽上
________(填：“同一位置”或“不同位置”)由静止释放；
②用图乙装置实验时，为了获得稳定的细水柱以显示平抛轨迹，竖直管上端A 一
定要________(填：“高于”或“低于”)水面；
图8
(2)某同学用图甲所示的实验装置进行实验，得到如图丙所示的平抛运动轨迹的
一部分，重力加速度g＝10 m/s2，由图中信息可求得小球平抛的初速度大小为v0
＝________m/s( 结果保留两位有效数字) ，小球平抛起点的位置坐标为
(________cm，________cm)。
答案 (1)①同一位置 ②低于 (2)2.0 －20 －5
解析 (1)①用
甲装置
，要
得
球的平抛
迹，每次一定要将
球从斜
图
实验时
获
钢
轨
钢
槽上同一位置由静止
放；
释
②用
乙装置
，
了
得
定的
水柱以
示
图
实验时
为
获
稳
细
显
平抛
迹，
直管上端
轨
竖
A 一定要低于水面，
在管口
的
是恒定不
的，
这样
处
压强
变
水流速度不
。
则
变
(2)根据Δh＝gT2可得
T＝＝ s＝0.1 s
水平速度
则
v0＝＝ m/s＝2.0 m/s
因
直方向两端相等
的位移之比
竖
时间
为15∶25＝3∶5，根据初速度
零的匀
为
变
速运
相
相等
的位移比
动
邻
时间
为1∶3∶5……，可知从抛出点开始的第一段相等
的
直位移
时间
竖
为5 cm，
抛出点的坐
则
标为(－20 cm，－5 cm)。
1.某学习小组用实验探究“平抛运动规律”。
8
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图1
(1)甲同学采用如图1 甲所示的装置。用小锤打击弹性金属片，金属片把A 球沿水
平方向弹出，同时B 球被松开，自由下落，观察到两球同时落地，改变小锤打击的
力度，即改变A 球被弹出时的速度，两球仍然同时落地，这说明
____________________________________________________________________。
(2)乙同学采用如图乙所示的装置。用两个相同的弧形轨道M、N 分别用于发射小
铁球P、Q，其中N 的末端与光滑水平面相切，两轨道上端分别装有电磁铁C、D，
调节电磁铁C、D 的高度，使AC＝BD，现将小铁球P、Q 分别吸在电磁铁C、D 上，
切断电源，使两小铁球同时分别从轨道M、N 的下端射出。实验可观察到的现象
应是________________；保持AC＝BD，仅仅改变弧形轨道M 在竖直方向的位置，
重复上述实验，仍能观察到相同的现象，这说明_______________________。
(3)丙同学采用频闪摄影的方法拍摄到如图丙所示的“小球做平抛运动”的照片。
图中每个小方格的边长为2.5 cm，分析可知，位置1________(填“是”或“不
是”)平抛运动的起点；该做小球做平抛运动的初速度大小为________m/s(g 取10
m/s2)。
答案 (1)平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
(2)P、Q 两球相碰 平抛运动在水平方向上是匀速直线运动 (3)不是 1
解析 (1)在打
金属片
，
击
时A 小球做平抛运
，
动B 小球同
做自由落体运
，果
时
动结
同
落地，
明平抛运
直方向是自由落体运
。
时
则说
动竖
动
(2)
两小球从相同的弧形
道上相同高度
下，从而使两小球同
离
道并
让
轨
滚
时滚
轨
具有相同的速度，小球P 做平抛运
，小球
动
Q 做匀速直
运
，一段
，
线
动经
时间P、Q
两球相碰。改变P 球
下的高度
，仍能相碰，
明平抛运
水平
滚
时
则说
动
方向
是匀
总
速直
运
。
线
动
(3)平抛运
可看成
直方向自由落体运
与水平方向匀速直
运
，如果位置
动
竖
动
线
动
1
是平抛运
的起点，根据初速度
零的匀
速运
的特点，在
直方向上相等的
动
为
变
动
竖
9
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内位移之比
时间
为1∶3∶5∶7，由
可知是
图
1∶2∶3，所以1 不是平抛运
的起
动
点；每个小方格的
设
边长为l，光
隔
闪
时间间
为T，在
直方向
竖
Δh＝gT2，可得T＝，
水平方向x＝v0T，得v0＝＝2＝1 m/s。
2.(2021·湖北武汉质检)用如图2 甲所示装置研究平抛运动的轨迹。将白纸和复写
纸对齐重叠并固定在竖直的木板上。钢球沿斜槽轨道PQ 滑下后从Q 点飞出，落
在竖直挡板MN 上。由于竖直挡板与竖直木板的夹角略小于90°，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。每次将竖直挡板向右平移相同的
距离L，从斜槽上同一位置由静止释放钢球，如此重复，白纸上将留下一系列痕迹
点。
图2
(1) 实验前需要检查斜槽末端是否水平，正确的检查方法是
____________________________________________________________________。
(2)以平抛运动的起始点为坐标原点，水平向右为x 轴正方向，竖直向下为y 轴正
方向建立坐标系。将钢球放在Q 点，钢球的________(选填“最右端”、“球心”、
“最下端”)对应白纸上的位置即为坐标原点。
(3)实验得到的部分点迹a、b、c 如图乙所示，相邻两点的水平间距均为L，ab 和ac
的竖直间距分别是y1和y2，当地重力加速度为g，则钢球平抛的初速度大小为
________。钢球运动到b 点的速度大小为________。
答案 (1)将钢球置于轨道平直段各处，都能静止，说明斜槽末端水平 (2)球心
(3)L
解析 (1)将
球置于
道平直段各
，都能静止，
明斜槽末端水平。
钢
轨
处
说
(2)
球的球心
白
上的位置即
坐
原点。
钢
对应
纸
为
标
(3)由于两段水平距离相等，故
相等，根据
时间
(y2－y1)－y1＝gt2
解得t＝
初速度
则
为v＝＝L
b 点的
直速度
竖
vby＝
10
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b 点的速度vb＝
＝。
3.探究小组的同学在某星球模拟实验内的地面上，利用如图3 甲所示的装置对平
抛运动进行探究。悬点O 正下方P 点处设有水平放置的炽热电热丝，当悬线摆至
电热丝处时能被瞬间熔断，由于惯性，小球将做平抛运动。利用频闪数码照相机
对小球的运动连续拍摄。在由坐标纸的背景屏前，拍下了小球做平抛运动过程的
多张照片，经合成后，照片如图乙所示。已知a、b、c、d 为连续四次拍下的小球位
置，照相机连续拍照时间间隔是0.10 s，坐标纸方格实际尺寸如图乙中的坐标所
示，≈2.24，则：
图3
(1)该星球模拟实验舱内的重力加速度大小为________m/s2(结果保留2 位有效数
字)
(2)小球经过a 位置时的速度大小为________m/s(结果保留3 位有效数字)
答案 (1)4.0 (2)0.448
解析 (1)
直方向上有
竖
Δy＝4L＝g′T2
得g′＝＝ m/s2＝4.0 m/s2。
(2)平抛运
水平方向的初速度
动
为
v0＝ m/s＝0.4 m/s
b 点
直方向的速度
竖
为
vby＝ m/s＝0.6 m/s
则a 点
直方向的速度
竖
为vay＝vby－g′T＝(0.6－4.0×0.1)m/s＝0.20 m/s
则a 点的速度为va＝＝ m/s＝0.2 m/s＝0.448 m/s。
11
