直击平抛实验

以一定的速度将物体水平抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力作用的运动叫做平抛运动，所以根据牛顿第二定律，平抛运动是加速度a=g的匀变速曲线运动. 同学们要从实验基础来研究和掌握平抛运动的规律.

■ 一、 触摸规律

1. 竖直方向只受重力作用――探究竖直方向的运动

通过受力分析和运动分析，小球在竖直方向仅受重力作用，并且竖直方向的初速度为零，这就是我们熟知的运动模型――自由落体运动. 我们可设计如图1的实验来验证平抛运动在竖直方向的运动是不是遵循自由落体运动的规律. 当A球从斜面上滚到S处时，电路断开，A球做平抛运动的同时B球作自由落体运动，利用闪频照相，对比两球的运动情景可知，两球竖直方向的运动是一样的. 当改变小球的水平速度或改变小球的竖直高度，对实验结果没有任何影响，得到结论：

平抛运动的物体在竖直方向的运动是自由落体运动.

2. 水平方向不受力――探究水平方向的运动

小球在水平方向不受力，并且初速度不为零. 我们可设计如图2的实验来验证. A、C两个斜面完全相同，当A球、C球从斜面上同时滚下通过S处后，A球作平抛运动的同时C球作匀速直线运动. 利用闪频照相，对比两球的运动情景可知，两球水平方向的运动是一样的. 当改变两球的水平速度，对实验结果没有任何影响，得到结论：

平抛运动的物体在水平方向的运动是匀速直线运动.

3. 平抛运动――自由落体与匀速直线运动的合成

平抛运动在竖直方向是自由落体运动，水平方向是匀速直线运动，我们可设计如图3的动态实验，当A、C球同时从斜面上滚下，A球触及S的瞬间，B球做自由落体运动，A球做平抛运动，C球做匀速直线运动. 利用频闪照相，对比两球的运动情景可知，A球竖直方向的运动与B球相同；而A球在水平方向的运动与C球相同. 当改变两小球的水平速度，对实验的结果没有任何影响. 得到平抛运动的规律：

平抛运动是水平方向的匀速直线运动与竖直方向自由落体运动的合运动.

■ 二、 常用实验方法――描迹法探究平抛运动的规律

［实验器材］ 斜槽轨道、小球、木板、白纸、图钉、铅垂线、米尺、铅笔等

［实验原理］ 把小球从斜槽某一位置从静止开始释放以获得平抛的初速度，用描迹法得到平抛运动的轨迹，建立坐标系，探究平抛运动是否水平方向做匀速直线运动、竖直方向做自由落体运动.

［实验步骤］

1. 如图4所示，安装斜槽轨道，使其末端保持水平（将小球放置在斜槽口处轨道上，小球能保持静止）；

2. 用图钉把坐标纸固定在木板上，使木板保持竖直状态（利用重锤线），小球的运动轨迹与板面平行，坐标纸方格横线呈水平方向，并注意使坐标原点的位置在球心离开轨道处，描出O点，并沿重锤线描出y轴；

3. 调节释放小球的高度，试释放小球，使运动轨迹基本全部通过整个纸张；

4. 让小球每次都从斜槽上同一位置滚下，在粗略确定的位置附近，用铅笔较准确地确定小球通过的位置，并记下这一点，以后依次改变x值，用同样的方法记下其他各点的位置；

5. 把白纸取下，用三角板画出x轴，用光滑曲线描出运动轨迹.

［实验注意事项］

1. 保证斜槽末端的切线水平，方木板竖直且与小球下落的轨迹平面平行，并使小球运动时靠近木板，但不接触；

2. 小球每次都从斜槽上同一位置滚下；

3. 坐标原点不是槽口的端点，而是球心投影处即槽口端点上方R处.

［图像处理、分析论证］

1. 判断平抛运动的轨迹是不是抛物线

在x轴上作出等距离的几个点x1、x2、x3、x4，由它们向下作垂线，与轨迹的交点记为M1、M2、M3、M4，那么这些点的y坐标与x坐标应该具有y=ax2的形式. 实际操作中，我们可以取几个靠得不太近也不太远的点，把它们的坐标代入y=ax2中求出常量a，在误差允许的范围内常量a应该是相等的.

2. 计算平抛物体的初速度

我们知道平抛运动一般可以分解为水平方向和竖直方向的两个分运动，水平方向遵循匀速直线运动规律，竖直方向做自由落体运动，由x=vo t，h=■gt2，得vo=x■，可以取几个点，分别计算，观察初速度vo近似相等，取平均值即为vo.

■ 三、 典型例题分析

■ 例 在做“研究平抛物体的运动”的实验时，通过描点法画出小球平抛运动的轨迹，并求出平抛运动的初速度. 实验装置如图4所示.

（1） 实验时将固定有斜槽的木板放在实验桌上，实验前要检查木板是否水平，请简述你的检查方法.

（2） 关于这个实验，以下说法中正确的是______.

A. 小球释放的初始位置越高越好

B. 每次小球要从同一高度由静止释放

C. 实验前要用重锤线检查坐标纸上的竖线是否竖直

D. 小球的平抛运动要靠近木板但不接触

（3） 某同学在描绘平抛运动轨迹时，得到的部分轨迹曲线如图6所示. 在曲线上取A、B、C三个点，测量得到A、B、C三点间竖直距离h1=10.20 cm，h2=20.20 cm，A、B、C三点间水平距离x1=x2=12.40 cm，g取10 m/s2，求物体平抛运动的初速度大小.

［个性剖析］ 本题考查平抛运动实验的基本技能和数据处理能力.

（1） 将小球放在槽的末端（或木板上）看小球能否静止. 若静止，则说明槽的末端水平.

（2） 小球释放位置的高低，影响平抛运动的初速度的大小，而该实验研究平抛运动，与初速度的大小无关，所以选BCD.

（3） 观察数据，发现x1=x2，所以tAB=tBC=T，在竖直方向由Δh=h2-h1=gT 2得T=■=■ s=0.1 s. 在水平方向，由x1=voT得vo=■=■ m/s=1.240 m/s.

事实上平抛运动是一种理想化物理模型，在探究其规律的实验中我们忽略了一些次要的因素. 利用模型方法，能够舍弃次要的因素和无关因素，突出反映事物本质，这么做虽然离现实远了，但离真理却近了. 无论是平抛运动的实验还是平抛运动的习题，只要利用这一模型，分析两个方向上各自的运动规律，再抓住等时性这座桥梁，正确地进行运动的合成和分解，一切问题都可以迎刃而解了.