方便快捷地確定平拋運動軌跡

張海洋

(睢寧縣雙溝中學 江蘇 徐州 221212)

1 傳統的平拋運動實驗方法

新人教版《必修2》第五章第4節“實驗：研究平拋運動”提供了三種常用的方法，分別為：

(1)斜槽法

(2)細水柱法

(3)頻閃照相法

這三種方法的本質均為描點作圖.

2 傳統實驗方法的缺點

(1)通過描點確定一條軌跡至少需要5個點.在確定一個點之前要事先確定小球所經過的大致位置，所以小球要平拋兩次才能確定一個點，這樣每完成一次實驗大約得拋出小球10次，費時費力效果差，極不方便.

(2)小球球心在豎直面內的投影位置很難確定，誤差較大.

(3)即使能把點描出來，大部分學生仍然不能正確地把各個點彌合起來得到正確的圖像.學生往往只注重點與點之間的關系，而不能把握住所有點的大致趨勢，所畫圖像往往都是折線而不是直線或拋物線.

3 具體改進

為了解決上述問題，筆者利用生活中常見的器材，對平拋運動實驗進行了改進.

3.1 器材

斜槽(帶水平尺)，固定斜槽的木板(50 cm×60 cm)，木板支架，帶磁性的柱形磁鐵(長約1.2 cm)，磁性畫板(28 cm×40 cm，即兩塊磁性畫板拼在一起)、磁性畫筆、刻度尺和重垂線.

3.2 實驗步驟

(1)把磁性畫板豎直固定在固定斜槽的木板上，利用重錘線先在畫板左邊緣用磁性筆畫出一道豎線，表示y軸.

(2)豎線與斜槽末端對齊.

(3)調節斜槽末端使之保持水平.

(4)使柱形磁鐵從斜槽上某一位置無初速滾下，接著做平拋運動.由于柱形磁鐵具有磁性，經過磁性畫板附近會把畫板低層磁粉吸到外表面，從而在畫板上留下一條曲線.

(5)由力的作用可知，這條曲線一定與柱形磁鐵軸心所經過的軌跡相同，所以它表示了平拋運動的軌跡.

(6)取下畫板，豎線和曲線的交點應當是平拋運動的拋出點，記為O點.

(7)過O點畫出一條垂直于y軸的直線，表示x軸.

(8)從O點開始在x軸上每隔5 cm畫一條平行于y軸的豎線，與x軸相交，交點分別為A′，B′，C′，…，并與曲線相交，交點分別標為A，B，C，…

(9)過交點A，B，C，…做平行于x軸的直線，并與y軸相交，交點分別標為A″，B″，C″，…

(10)分別測量出OA″，OB″，OC″，…的距離.

(11)由拋物線方程為y=ax2分別計算出

比較它們的比值，若相等，則說明平拋運動的軌跡是一條拋物線.

筆者實際測量的一組數據如表1.

表1

由y=ax2可知

(1)

(2)

(3)

在誤差范圍內aA≈aB≈aC，證明平拋運動的軌跡是一條拋物線.

由實驗數據可看出，改進后的實驗方法既可以降低實驗操作難度，又可以方便、快捷地確定平拋運動軌跡；既可以降低學生理解實驗原理的難度，也可以省時省力，避開學生擬合點跡得圖像的弱點，使學生感到輕松，提高學習興趣，事半功倍.