平拋運動實驗裝置的改進與創新

張文華 蔡桂杰

摘 要：平拋運動是高中物理重要內容，利用廢舊礦泉水瓶蓋和LED燈廢舊吸盤，自制學生平拋運動實驗，一次性描繪平拋運動的軌跡，教具容易制作，培養學生動手能力和自主創新能力，學生興趣極高，實驗效果非常好，實驗誤差小。

關鍵詞：平拋運動;創新描繪;一次性

平拋運動是高中物理中一個重要的學習內容，因此，平拋運動實驗也是高中重要的學生探究實驗之一。而該實驗的教學目標之一是描繪平拋物體運動軌跡，由此可見，準確地描繪出平拋運動軌跡是該實驗的關鍵。人教版新課程中給出了三個案例，其中，細水柱法操作繁瑣且精確度不高，頻閃照相法要求具備專門的頻閃照相器材，參考案例一提供的小球碰筆尖法誤差較大，其他改進方法如落槽法、過紙板小孔法都不能一次性形成平拋運動的軌跡，因此，筆者想到以下方法來解決此問題。

一、器材介紹

如圖1，筆者自制器材主要由礦泉水瓶蓋，圓形磁鐵和螺絲組成（廢舊LED吸座），將瓶蓋制成比小球尺寸略大的空心圈，并在圈上鉆一個小孔，使螺絲恰能通過該小孔并與圓形磁鐵相結合，再調節斜槽軌道與豎直板距離，使從斜槽滾下的小球球心與吸附在豎直板上的空心圈圓心在同一豎直面上。

二、實驗步驟

1、調整儀器

如圖2，將坐標紙固定在豎直鐵板上，用懸掛在槽口的重錘線把豎直板調整到豎直方向，使板面與小球下落的豎直面平行;調整底座使水平儀氣泡在正中央，將小球輕放在斜槽平直部分的末端，使小球在平直軌道上的任意位置均可保持靜止;把小球放在槽口末端處，用鉛筆記下球在槽口時球心在白紙上的水平投影點O，即為坐標原點。

2、描繪運動軌跡

將小球釋放，觀察運動軌跡，將空心圈吸附在小球經過的這一位置，釋放小球，由實際情況調整空心圈位置使其圓面和小球速度方向垂直，直至小球順利從空心圈圓心通過，再用其它空心圈重復此步驟，使從同一位置釋放的小球可以依次順利通過所有空心圈的圓心。

用鉛筆繞著圓形磁鐵描出輪廓，做兩條直徑找出圓心，這就在坐標紙上記下了小球通過空心圈時球心所對應的位置。取下坐標紙，用平滑的曲線將這些點連接起來即得到小球做平拋運動的軌跡。

三、數據分析

以O點為坐標原點，畫出豎直向下的y軸和水平向右的x軸建立直角坐標系。

讀取軌跡中幾個點的橫縱坐標，利用公式，其中為定值，任意兩點求得的誤差為1%～2%，因此，可以認為小球的軌跡為拋物線。

四、實驗評價與反思

該實驗方法的優勢在于器材可以重復使用，節約能源，且操作方便，適合學生獨立完成，當小球依次通過所有空心圈的圓心時，也會使學生充滿成就感，激發學生學習物理的積極性，而且此方法可以一次性形成平拋物體運動的軌跡，描點更清晰準確，這樣描繪的軌跡更精確。

不足之處在于磁鐵對小球有微弱的磁力，會對實驗造成較小的誤差，因此，選擇五到六個點為宜。

參考文獻

[1]元慶余，勾伯達.平拋運動實驗的改進與創新[J].湖南中學物理，2019（1）：90-91.

[2]孫建中.讓創新之花在實驗教學中綻放，以平拋運動為例[J].中學物理教學，2017（3）：46-49

作者簡介

張文華：（1990–），女，蒙古族，遼寧喀左人，中學一級物理教師，本科，研究方向：高中物理習題，物理實驗。

蔡桂杰（1967—）本科，高級物理教師，主要研究方向高中物理、數學。