如何改裝平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器

徐德謙

摘 要：“平拋運(yùn)動(dòng)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作過(guò)程中，學(xué)生很難“較準(zhǔn)確”地確定小球通過(guò)的位置，即采用這種初略的記點(diǎn)描述法誤差很大，實(shí)驗(yàn)操作也較困難，難以得出較準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡；同時(shí)，不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的實(shí)驗(yàn)品質(zhì)。改裝后，大大降低誤差，提高實(shí)驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：平拋運(yùn)動(dòng)；水平槽；坐標(biāo)；定位器

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）02-239-01

人教版全日制普通高中物理教科書(shū)（必修）第一冊(cè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)“研究平拋物體運(yùn)動(dòng)”在確定軌跡時(shí)，是先用眼睛初略確定小球通過(guò)的位置，從而得到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)實(shí)際操作過(guò)程中，學(xué)生很難“較準(zhǔn)確”地確定小球通過(guò)的位置，即采用這種初略的記點(diǎn)描述法誤差很大，實(shí)驗(yàn)操作也較困難，難以得出較準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)軌跡；同時(shí)，不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的實(shí)驗(yàn)品質(zhì)。

為了提高實(shí)驗(yàn)精度，有教師使用J2154平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器來(lái)做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)J2154平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器有以下不足之處：一是實(shí)驗(yàn)室水平槽沒(méi)有參照線(xiàn)，難以調(diào)成水平；二是試驗(yàn)器的左邊金屬桿與軌道末端剛好處在1條垂直線(xiàn)上，造成記錄紙無(wú)法再向左邊伸展，使得縱坐標(biāo)線(xiàn)剛好為記錄紙的左邊緣，不變觀察；三是豎直面板的坐標(biāo)刻度線(xiàn)僅在水槽的下方，很難確定小球球心的準(zhǔn)確位置。為此，筆者對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)器進(jìn)行了改裝，取得了較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

一、改裝平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器

取下水平槽的2顆緊固螺絲，將水平槽末端高豎直面板的一面銼刀銼去長(zhǎng)10～15mm、厚1mm的面，以確保記錄紙能插入里面；將水平槽向右移23mm左右使水平槽左邊的孔與豎直面板右孔相對(duì)應(yīng)；然后，根據(jù)豎直面板左孔的位置在水槽上相對(duì)應(yīng)的地方打1個(gè)同樣大小的孔，將水平槽按新打的孔安裝好，使得在實(shí)驗(yàn)時(shí)記錄紙上的坐標(biāo)與記錄紙的邊緣有一定距離。

在豎直面板上貼上1張左邊插入水平槽內(nèi)測(cè)、上端與豎直面板頂端相平且豎直線(xiàn)與豎直面板的重垂線(xiàn)相平行的坐標(biāo)紙，以便于在實(shí)驗(yàn)中為安裝實(shí)驗(yàn)記錄坐標(biāo)紙作參考。

適當(dāng)放松水平槽的螺絲，微調(diào)水平槽的位置使得水平槽的水平邊緣與坐標(biāo)紙的水平坐標(biāo)線(xiàn)平行；然后，緊固水平槽螺絲，確保在使用時(shí)只要調(diào)整好重垂線(xiàn)，水平槽的水平端就會(huì)處在水平狀態(tài)。改裝好平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器。

二、改裝后的實(shí)驗(yàn)步驟

1、把平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器放在水平桌面上，調(diào)節(jié)底座上的調(diào)平螺絲，使垂直線(xiàn) 跟豎直面板直線(xiàn)重合，置水平槽軌道處于水平位置上。

2、用刻度和三角板（或游標(biāo)卡尺）測(cè)出小球的半徑。

3、把坐標(biāo)紙固定在豎直面板上，并使坐標(biāo)紙上的豎線(xiàn)跟垂直線(xiàn)平行；然后，根據(jù)水平槽末端槽底的位置豎直向上加上小球的半徑得出小球恰好離開(kāi)水平槽時(shí)，求新投影在豎直面板上的位置（小球做平拋運(yùn)動(dòng)的拋出點(diǎn)）；以這點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)向右畫(huà)1條水平直線(xiàn)為X軸正方向，向下畫(huà)1條豎直線(xiàn)為Y軸正方向；在坐標(biāo)紙上放1張復(fù)寫(xiě)紙或打字蠟紙，以便實(shí)驗(yàn)中小球落在接球擋板時(shí)能在坐標(biāo)上留下印跡點(diǎn)。

4、將定位器定在某一位置并固定好，把接球擋板上移到緊靠水平槽的地方；小球緊靠定位器釋放，球沿軌道向下運(yùn)動(dòng)，以一定的初速度由軌道的平直部分水平跑出。

5、下落的小球打在向面板傾斜的接球擋板上，同時(shí)通過(guò)復(fù)寫(xiě)紙或打字蠟紙?jiān)诿姘宓淖鴺?biāo)紙上留下1個(gè)印跡點(diǎn)。

6、再將接球擋板向下移一定的距離，重復(fù)上述操作方法，打出第2印跡點(diǎn)；用此操作方法繼續(xù)下移接球擋板進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，即可得到平拋的小球下落時(shí)的一系列跡點(diǎn)。

7、改變定位器的位置，即可改變小球平拋的初速度。按上述實(shí)驗(yàn)操作方法，便可打出不同初速度小球平拋的運(yùn)動(dòng)跡點(diǎn)。

8、取出記錄紙，將各次實(shí)驗(yàn)所記錄的點(diǎn)分別用平滑曲線(xiàn)連接起來(lái)，即可得到以不同的初速度做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡圖線(xiàn)；然后，通過(guò)公式y(tǒng)=1/2gt2和s=vot兩個(gè)方程式即可求出小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度uo。

三、注意事項(xiàng)

1、在確定坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，要使坐標(biāo)原點(diǎn)與平拋小球恰好離開(kāi)水平槽的拋出點(diǎn)重合，這樣才能準(zhǔn)確地確定小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的起始點(diǎn)，從而確定軌跡上任意點(diǎn)的坐標(biāo)。

2、在畫(huà)小球做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡時(shí)，一定要根據(jù)坐標(biāo)紙上記錄的一系列點(diǎn)用平滑的曲線(xiàn)畫(huà)出，不要畫(huà)成折線(xiàn)。

3、在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，移動(dòng)接球擋板時(shí)要小心細(xì)致，不能使平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)七發(fā)生移動(dòng)，以免平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器的水平狀態(tài)發(fā)生改變，影響實(shí)驗(yàn)效果。

四、改裝后的優(yōu)點(diǎn)

1、很容易就能確定小球球心的位置，從而準(zhǔn)確確定小球做平拋運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)，降低了實(shí)驗(yàn)誤差，提高了實(shí)驗(yàn)精度。

2、水平槽右移后能使記錄坐標(biāo)紙的坐標(biāo)原點(diǎn)和縱坐標(biāo)不在紙的邊緣，記錄的圖形既美觀又便于計(jì)算。3、豎直面板上貼坐標(biāo)的好處是，能為實(shí)驗(yàn)時(shí)安裝記錄坐標(biāo)紙?zhí)峁﹨⒖嘉恢茫褂涗涀鴺?biāo)紙的橫坐標(biāo)線(xiàn)盡量做到水平，從而提高實(shí)驗(yàn)效果。