探究平拋運動的規律

胡一德

湖南省岳陽市云溪區一中 湖南岳陽 414009

探究平拋運動的規律

胡一德

湖南省岳陽市云溪區一中 湖南岳陽 414009

一、實驗在教材中所處的地位和作用

“平拋運動”是高一物理必修2第五章的內容。課程標準的內容為：會用運動合成與分解的方法分析拋體運動。運動合成與分解方法是一種重要的物理方法，是本章的重點。平拋運動是該方法的實例應用，是學生學習運動由直線到曲線的一個轉折點。本節課通過實驗讓學生真正理解平拋運動。

二、實驗原型及不足之處

1.實驗原型

在新教材中，平拋運動實驗提供了如圖1所示3種案例：斜面小槽配合豎直白紙法、水柱法、數碼攝像機法。

圖1 參考案例

2.原實驗的不足之處

(1)斜面小槽配合豎直白紙法不易確定小球平拋運動的位置，實驗誤差很大，時間很長。

(2)水柱法的軌跡受空氣阻力影響大而且不穩定。

(3)這兩種方法都沒有探究兩分運動的性質。

(4)數碼攝像機法成本太高不易推廣。

總之，3種方法都無法快速、準確地記錄小球平拋運動的位置，描出平拋運動的軌跡。

三、實驗創新與改進之處

筆者對斜面小槽配合豎直白紙法進行了創新與改進。

創新之一：可探究平拋運動豎直方向和水平方向兩分運動的性質。

創新之二：探究平拋運動的軌跡實驗時將橫向豎直放置的描跡板改為縱向正對斜槽的活動板。

創新之三：將“找”小球平拋運動的位置改為讓小球“打”出平拋運動的位置。

總之，用創新實驗裝置做實驗，能比較準確地將軌跡描繪出來，能深入研究平拋運動的規律。

四、實驗器材

自制平拋運動探究儀、學生電源、刻度尺、白紙、復寫紙、小鋼球等(如圖2所示)。

圖2 實驗器材

五、實驗原理及裝置說明（包括實驗裝置平面圖）

1.實驗原理

平拋運動可分解為豎直方向的自由落體運動和水平方向的勻速直線運動。

2.裝置說明

斜槽、水平槽、重垂線、電磁鐵、開關、斜槽中心線在底座板上的投影線、垂直水平方向的平行插槽(第一條插槽離斜槽末端水平距離等于小球的半徑)、槽間距5cm(描跡板大小不同間距不同，使小球運動軌跡由左上角到右下角)。

3.實驗裝置平面圖(如圖3所示)

圖3 實驗裝置平面圖

六、實驗過程

1.探究平拋運動兩分運動的性質

(1)探究平拋運動水平方向是勻速直線運動的實驗：取2個一樣的小球(A，C)，一個放在裝置左上角斜槽離水平末端某一高度用電磁鐵吸住，另一個放在裝置左下角同斜槽水平末端相同的高度用電磁鐵吸住。用一個開關控制讓2個小球同時運動，一個做平拋運動，一個做近似勻速直線運動，可以看出它們在運動的整個過程中幾乎都在同一豎直線上，最后相碰撞。啟發學生分析并讓他們自己總結出平拋運動在水平方向是勻速直線運動。

(2)探究平拋運動豎直方向是自由落體運動的實驗：取2個一樣的小球(A，B)，一個放在裝置左上角斜槽(較光滑)的某一高度用電磁鐵吸住，另一個放在裝置右角相同的高度用電磁鐵吸住。用開關自動控制：A球離開斜槽末端瞬間做平拋運動，B球同時下落做自由落體運動，可以看出它們在下落的整個過程中幾乎同時落地。啟發學生分析并讓學生自己總結出平拋運動在豎直方向是自由落體運動。

2.探究平拋運動的軌跡

(1)取出描跡板，在上面貼上白紙、復寫紙。

(2)將描跡板插入第一條插槽并使第一條豎直線對準斜槽的中心線。

(3)讓小球從斜槽的某一高度自由滾下，與描跡板碰撞，在描跡板的白紙上記下小球平拋的初位置1(即坐標原點)。

(4)然后將描跡板橫向平移插入后一槽中并同時將描跡板縱向向內移動一個槽間距(保證小球的水平位移不變),使描跡板上的第二條豎直線對準斜槽的中心線,讓小球從斜槽的同一高度自由滾下，與描跡板碰撞,在描跡板的白紙上記下小球平拋的位置2。

(5)按照同樣的方法，記錄小球平拋位置3，4，5，6。

(6)掀開復寫紙，根據描跡板白紙上的痕跡點，用平滑曲線把點連接起來，就是平拋運動的軌跡。

(7)對比實驗：讓小球從斜槽的同一高度自由滾下，觀察小球平拋運動軌跡跟描出的軌跡是否重合。

七、實驗效果

改進后的實驗裝置，提高了實驗的精確度，縮短了實驗時間。實驗操作簡單，物理思想突出。使用本儀器可以快速、準確地記錄小球平拋運動的位置，描出平拋運動的軌跡。利用得到的點跡進一步研究平拋運動的規律。

八、自我評價

本實驗裝置主要是在“記錄小球位置”的方式上進行了改進。把單純地觀察平拋運動的軌跡轉化為直觀、科學地描繪平拋運動的軌跡，并根據軌跡上的點分析運動的規律。在教學中可設計成演示實驗，又可設計成學生分組實驗，讓學生自己動手操作。在實驗的過程中培養學生的知識遷移能力和創新思維能力。

這種儀器可能會形成工藝方面的誤差和操作性誤差。由于它能夠彌補現在平拋運動實驗教學中的一些缺陷，有一定的實用價值。

2010-09-14

胡一德，本科，中教一級。