改進(jìn)“平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置”

李　豐

許多老師和同學(xué)都對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行過改進(jìn)，都不同程度地取得了一定的實(shí)驗(yàn)效果。

下面給出一種改進(jìn)方法。與其他改進(jìn)相比，該改進(jìn)簡(jiǎn)單易行，改進(jìn)后的裝置具有原理完善、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)動(dòng)軌跡描繪準(zhǔn)確的特點(diǎn)，極具推廣價(jià)值。

一、原實(shí)驗(yàn)裝置的不足之處：

原實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次都使鋼球在斜槽上同一位置滾下，鋼球在空中的軌跡就是一定的。描繪出小鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。

常用的方法有“小球碰撞筆尖”法和“小球穿限位孔”法，不論是哪種方法，小球的位置均不易確定，要描出一個(gè)“點(diǎn)”往往需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)。并且誤差較大。

二、實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的思路及工作原理：

在描跡板的左下角打一小孔，加裝一個(gè)條形擋板，使其能繞左下角旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。小球平拋后撞到條形擋板上，擋板距拋出點(diǎn)越近，撞擊點(diǎn)在擋板上的位置越靠上。通過復(fù)寫紙?jiān)趽醢迳狭粝屡鲎埠圹E，再把此痕跡描到豎立的實(shí)驗(yàn)板上。

改進(jìn)后的平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置工作原理如圖3所示。平拋小球的運(yùn)動(dòng)軌跡也就是球心的運(yùn)動(dòng)軌跡，為圖中虛線所示。由幾何關(guān)系可知，小球與擋板相撞擊，過撞擊點(diǎn)作擋板的垂線，必過球心。描跡時(shí)，在垂線長(zhǎng)度為小球半徑處描點(diǎn)即可。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)小球直徑較小時(shí)，小球和擋板撞擊點(diǎn)位置基本上在球心運(yùn)動(dòng)軌跡上，這時(shí)可直接從撞擊點(diǎn)位置描點(diǎn)。

三、改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置使用方法與步驟：

1把紙帶粘貼在擋板上，要貼牢，紙帶上面蓋上復(fù)寫紙條。

2轉(zhuǎn)動(dòng)擋板到第一個(gè)描點(diǎn)位置(距拋出點(diǎn)最近)，并在描跡板上記下此時(shí)擋板的位置。

3釋放小球，小球撞擊到擋板上，在擋板上會(huì)留下撞擊點(diǎn)的“痕跡”。

4重復(fù)實(shí)驗(yàn)。依次向右轉(zhuǎn)動(dòng)擋板。每次記下?lián)醢宓奈恢煤螅尫判∏颉Ｈ鐖D4

5撞擊幾次后，取下復(fù)寫紙，擋板上會(huì)留下每次撞擊的“痕跡”。把擋板轉(zhuǎn)到描跡板所記第一個(gè)位置處，依次把擋板條上的撞擊“痕跡”描在實(shí)驗(yàn)板上。

6最后，在實(shí)驗(yàn)板上描出小球軌跡。

注意：每次撞擊前一定要記下?lián)醢宓奈恢?

四、改進(jìn)后的特點(diǎn)：

改進(jìn)后的裝置原理完善，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)動(dòng)軌跡描繪準(zhǔn)確，解決了原實(shí)驗(yàn)不準(zhǔn)確、笨拙且耗時(shí)多誤差大等問題。改進(jìn)后的裝置描一個(gè)點(diǎn)只需撞擊一次，小球位置極易確定，克服了描一個(gè)點(diǎn)需反復(fù)多次實(shí)驗(yàn)的不足之處。整個(gè)試驗(yàn)過程簡(jiǎn)化中成了“集中撞擊”和“集中描點(diǎn)”兩個(gè)較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)過程，使可操作性得到了極大提高。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)激發(fā)了學(xué)生的興趣，取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果。