平拋運動演示儀的簡易設計

潘國強

摘要：針對高中物理教科版教材中平拋運動的演示實驗裝置進行了改進，更加便于直觀形象的進行平拋運動的規律操作演示。

關鍵詞：平拋運動；實驗；改進

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2016）08-0397-01

我自從學習了平拋運動這個內容，對演示平拋運動規律的平拋運動演示儀產生了興趣。平拋運動的物體被拋出時的初速度方向沿水平方向具有水平初速度，且只在重力作用下所做曲線運動。可以將平拋運動分解為水平方向和豎直方向的兩個分運動。為了明顯的演示平拋運動的規律，我對實驗室中的平拋運動演示儀進行分析，發現利用水流代替鋼球做簡易設計，可以使效果更加直觀形象。

1.實驗裝置

2.實驗過程

打開入水閥門D，水流從入水口注入水瓶I，打開閥門J排除空氣。調節閥門E控制水流大小。根據水面調節鐵架臺A水平。將滴水瓶B注入摻有紅墨水的水溶液，打開滴水瓶閥門排除空氣，將滴水瓶的針頭插入塑料管G，固定針頭并保持針口處密閉。按繪圖板M上的刻度調節水平出水口K和豎直出水口L的位置。調整好后，打開閥門即可觀測到平拋水流和豎直水流的軌跡。為觀測明顯可在水中加入顏料，更加明顯看到水流軌跡是一條拋物線。

為驗證平拋的下落速度和豎直下落的速度相同，先調節豎直出水口L的位置和水平出水口K的圓心位置持平。按刻度板M調整好水平出水口K和豎直出水口L的位置。打開入水閥門和出水閥門保證水流輸出，某一時刻打開滴水瓶的閥門一小段時間后關閉。即可觀測到出水口的顏色水流柱和豎直出水口的顏色水流柱同時相遇。

3.實驗原理

注水口和出水口H保持水平，并且出水口的大小大于入水口的大小，保證在注入水時保持水面平行，這樣就保證水面高度不變，從而保證型水流從T管分流后兩個出水口出水速度相同。調節伸縮管F可以改變水瓶的高度，從而改變出水速度。保證實驗的變化多樣性。

4.解釋說明

利用醫用滴水瓶，能夠保證往塑料柱里注入有顏色的水時，不改變實驗水流的水壓變化。 粗管注入顏色水的時候，稍等一段時間關閉粗管下的閥門，令顏色水在粗管里完全擴散，再打開粗管下的閥門。

入水用自來水提供，供水水管用洗衣機水管。

選用合適粗細的塑料管做出水口。

5.誤差分析

實驗時調節入水閥門，需要注意水瓶的排水口和排水速度均勻不變。調節好入水口入水的速度和大小，出水管孔徑大小合適出水管速度，能保持排水管排水流狀態平穩，水面高度不變。出水管速度才能恒定。

利用等長彈性管的伸縮演示平拋下落和豎直下落的時間分流同步。等長彈性管C被拉長后，水流長度不變，保證了同時性。

醫用滴水瓶水平面的高度基本和水瓶的水平面持平。

T型管管粗等于兩個分支管粗之和，保障水流的平均分配。