可顯示軌跡的“平拋運動的規律”探究儀

■山東省濟寧市兗州區第一中學 李祎辰

一次上物理課時，老師通過聽平拋小球和自由落體小球的落地聲音來判斷二者是否同時落地，以此演示平拋運動的規律。由于教室環境嘈雜，當時我并沒有聽清小球落地的聲音，所以在家里重做了一次該實驗，但實際操作起來特別困難。于是，我想自己做一個可顯示軌跡的“平拋運動的規律”探究儀。

一、結構設計

依據運動的合成與分解原理、平拋運動的兩個分運動性質、沖程開關的即時反應性等進行設計。

（一）用3 塊電磁鐵分別控制平拋小球、自由落體小球、水平勻速運動小球。

（二）設計探究平拋運動豎直方向的運動規律

1. 末端可調水平的斜槽使平拋小球獲得水平初速度，且斜槽可上、下移動，保證平拋小球與自由落體小球的釋放高度相同。

2.斜槽末端設置沖程開關，在拋出平拋小球的同時釋放自由落體小球，保證兩個小球同步運動。

3.控制自由落體小球的電磁鐵可左、右移動，任意調節兩個小球之間的水平距離，讓兩個小球總能在空中相碰，增強實驗的可視性。

（三）設計探究平拋運動水平方向的運動規律

1.兩個完全相同的末端水平的斜槽分別為平拋小球、水平勻速運動的小球提供相同的水平初速度，且斜槽可上、下移動，滿足了兩個小球總能在水平軌道上相碰的規律。

2. 光滑平直軌道可讓小球作勻速運動，自制同步開關能滿足兩個小球同時運動。

（四）主板設計

探究儀的主板為透明有機玻璃板，可透過玻璃板描繪從末端水平玻璃管中噴出的液體的軌跡，從而使平拋運動的軌跡能一次性畫完，并在玻璃板上利用重錘線和刻度尺以及坐標紙處理數據，從理論上證明平拋運動兩個分運動的性質。

二、創新點

可以多角度探究平拋運動的規律，避免了傳統儀器只能靠耳朵聽平拋小球和自由落體小球同時落地的聲音而得出結論的弊端，大大增強了實驗的可視性。