高中物理平拋運動探究實驗的創(chuàng)新設(shè)計

【摘要】物理實驗的創(chuàng)新設(shè)計可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣，是高中物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容.本文通過對平拋運動探究實驗的創(chuàng)新設(shè)計，從不同角度對平拋運動進行觀測和記錄，探究平拋運動的相關(guān)規(guī)律，并列舉例題進行講解，以期幫助學(xué)生更深入地理解平拋運動的知識，達到更好的學(xué)習(xí)效果.

【關(guān)鍵詞】平拋運動；高中物理；實驗教學(xué)

1 教材實驗原型

1.1 實驗知識梳理

實驗原理 平拋運動的物體在水平方向為勻速直線運動，在豎直方向為自由落體運動[1].

實驗器材 實驗裝置如圖1所示，器材包括金屬小球、斜滑槽、固定支架、木板、網(wǎng)格紙、圖釘、刻度尺、重錘、鉛筆.

實驗步驟 略.

1.2 例題講解

例題 某學(xué)校興趣小組的學(xué)生為了探究平拋運動的規(guī)律，搭建了如圖2所示的裝置，并利用頻閃儀和照相機拍攝小球的運動軌跡，已知頻閃儀的閃光間隔是0.05s，作為背景的紙板與小球運動軌跡所在平面平行，紙板上方格的邊長為5cm，某次試驗后拍攝到的照片如圖3所示.

（1）當小球運動到圖3中A點位置時，求此時小球水平方向和豎直方向的速度分別為多少；

（2）根據(jù)圖3中小球影像的高度差，求當?shù)氐闹亓铀俣?

解 （1）小球在水平方向上做勻速直線運動，當小球運動到A點位置時，由圖3可知，其水平方向速度為vx=5×10－20.05m/s=1.0m/s.小球在豎直方向上做勻加速直線運動，根據(jù)中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度可知，當小球運動到A點位置時，其豎直方向的速度為vy=8.6+11.0×10－22×0.05m/s≈2.0m/s，即小球在水平方向的速度為1.0m/s，豎直方向的速度約為2.0m/s.

（2）在豎直方向上，根據(jù)Δy=gt2，解得當?shù)氐闹亓铀俣葹椋?/p>

g=13.4+11.0－8.6－6.1×10－20.12m/s2=9.7m/s2.

2 實驗創(chuàng)新

2.1 水平方向運動規(guī)律探究實驗創(chuàng)新

根據(jù)平拋運動的原理，物體在水平方向做勻速直線運動.因此實驗的設(shè)計思路為取兩個完全相同的小球，一個小球以某一初速度在水平面上做勻速直線運動，另一個小球以同樣的初速度做平拋運動，然后觀察兩個小球的運動情況.根據(jù)以上思路，可設(shè)計如圖4所示實驗裝置，將兩個相同的弧形軌道在豎直方向一高一低安裝好，然后將兩個小球分別放在弧形軌道的最高點，同時松開讓兩球自然滾下，便可觀察到平拋運動在水平方向的運動情況.

2.2 豎直方向運動規(guī)律探究實驗創(chuàng)新

研究平拋運動豎直方向的運動規(guī)律，根據(jù)理論分析可知，平拋運動在豎直方向做自由落體運動.則實驗的設(shè)計思路為：取兩個完全相同的小球，一個小球從某一高度做自由落體運動，另一個小球從同一高度做平拋運動，然后觀察兩個小球的運動情況[3].根據(jù)以上思路，可設(shè)計如圖5所示實驗裝置，在同一高度上放置兩個小球，通過擊打彈簧片，給小球A一個初速度，使其做平拋運動，同時小球B被松開開始做自由落體運動，便可觀察到平拋運動在豎直方向的運動情況.

2.3 平拋運動規(guī)律探究實驗創(chuàng)新

上面內(nèi)容分別在水平方向和豎直方向上對平拋運動的實驗進行了創(chuàng)新設(shè)計，而為了更形象地觀察平拋運動的規(guī)律，設(shè)計了如圖6所示的實驗裝置，將復(fù)寫紙和白紙釘在平木板上，小球從斜槽自由滑下做平拋運動撞擊到木板，在白紙上留下痕跡，通過等距調(diào)整木板和斜槽末端的距離，在白紙上留下多個小球落點，得到小球的運動軌跡，即可驗證平拋運動的規(guī)律.

3 結(jié)語

本文旨在通過對平拋運動探究實驗的創(chuàng)新設(shè)計，以提高學(xué)生對物理學(xué)的理解和實驗?zāi)芰?通過對三種創(chuàng)新實驗的設(shè)計，結(jié)合例題的詳細講解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其動手能力和科學(xué)探究精神，一方面期望能讓學(xué)達到更好的學(xué)習(xí)效果，另一方面也能提高他們對平拋運動問題的理解.

參考文獻：

[1]楊瑞華，周鳳雛，殷喜喜等.創(chuàng)新物理實驗提升科學(xué)素養(yǎng)——以簡易實驗裝置驗證平拋運動水平分速度特點為例[J].湖南中學(xué)物理，2023，38（06）：74-77.