平拋運動試驗裝置優化設計探究

河北省冀州中學(053200)

王鼎灝●

平拋運動試驗裝置優化設計探究

河北省冀州中學(053200)

王鼎灝●

在高中物理學習當中，涉及到的力學知識需要通過實驗，才能更好地理解相關的概念以及計算公式.在高中物理力學實驗教學中，平拋運動實驗是其重要內容之一，它對我們后期學習相關的圓周運動有著重要的影響.本文則主要對平拋運動實驗裝置進行分析，結合該實驗目的和性質探討如何對其進行優化設計.

平拋運動；物理實驗；優化設計

在高中物理教材以及教學中，針對平拋運動有一系列的實驗指導思想，并且也有相關的實驗設計.但是，我們在實驗課堂上，由于實驗設計以及相關的裝置存在一些不足，致使整個的平拋實驗過程受到一定的影響.對此，本文以下先具體分析平拋運動實驗及其裝置中的問題，并提出相應的優化設計方案.

一、平拋運動試驗裝置中存在的問題

1.原平拋運動實驗過程

實驗工具：平拋導軌 接球槽 調平螺栓 拋球開關 鋼球 紙夾 重錘

實驗準備：將平拋導軌用螺釘固定在屏板左上方，掛上重錘；在平拋導軌底版畫好X軸和Y軸.如圖1.

實驗方法：將鋼球放在拋球開關處，使其從同一地點滾下，鋼球沖出底部水平槽的軌跡則是平拋運動的體現，實驗人員將鋼球經過的大致位置在底板紙上下來，對應好X軸和Y軸的值形成一個點，為保證該實驗數據的準確性，進行多次重復實驗，而后將鋼球可能經過的點用平滑的曲線連接起來，則得到平拋運動軌跡，再根據軌跡上對應的點的X、Y值，計算出鋼球平拋運動的初速度.

2.平拋運動實驗中的問題

根據以上對平拋運動實驗過程的闡述，該實驗實際上存在一些比較明顯的問題，具體問題如下：(1)實驗需使鋼球多次且重復做平拋運動，所需時間和精力較多；(2)描繪的點為大致的值，因此容易造成大的誤差.以上兩點為該實驗當中最為明顯的兩個問題，并且在該教學實踐當中，由于缺少一定的精準度，學生也容易產生枯燥無聊感覺，甚至部分學生認為教材當中對平拋運動的相關公式、概念、實驗結果等都有詳細的講解，沒有必要進行改實驗操作.

二、平拋運動試驗裝置優化設計

關于平拋運動實驗，許多教師以及研究者就平拋運動實驗也提出了許多優化的方法.其中涉及到為增加試驗的精準度，將平拋導板中的白紙設計為方格紙，或者在原來實驗的基礎上增添“L”形定位器，這些改進的方法和設計可以在一定程度上提升實驗精準度.筆者作為學生，就平拋運動試驗改進和優化有以下的思考和看法.

1.鋼球平拋改為水柱平拋

在平拋試驗當中，鋼球平拋運動只能夠看出其大致的運動軌跡，并且在實驗描點時要進行重復實驗才能獲得一些數據，鋼球的平拋運動軌跡實際上并不好掌控.因此，筆者認為可以將鋼球平拋改為水柱平拋.具體實驗裝置設計如下：

實驗材料：一般的礦泉水瓶 鐵架臺 方格玻璃板 水槽 油性筆

實驗準備：將礦泉水瓶邊緣底部穿一個圓形小孔，將其先固定在一定高度的鐵架臺上，水瓶的圓形小孔朝外.在正式實驗之前，堵住小孔在瓶內裝滿水并且要擰緊瓶蓋，玻璃板放置在水瓶之前用架子固定住玻璃板，以上準備好之后，整個實驗裝置下放好水槽，以免水到處流.如圖2.

實驗原理：通過擰緊或放松瓶蓋，改變瓶中水的壓力，從而使得瓶中的水可以做平拋運動，但是這種壓力變化的時間較短，因此在一定的時間內而完成該實驗.

實驗方法：在實驗過程當中，將瓶蓋擰松，打開堵住的圓形小孔，此時流出的水做的則是平拋運動，學生可以先觀察10秒左右，而后在方格玻璃板上用油性筆畫出水柱平拋運動的軌跡.如圖3.

該試驗主要的目的在于更好的掌控和畫出平拋運動的軌跡，也能夠達到這一目的.但是，該試驗也存在一些注意事項，在試驗的過程中把控好時間，則可以達到好的效果.就其注意事項而言，主要有以下兩點：(1)由于水瓶中的液面下降會導致初速度變慢，因此要在一定的時間內進行試驗測量；(2)注意水在平拋運動時，不將水濺到方格玻璃板上.

2.使用數碼電子技術拍攝鋼球的運動軌跡

在進行平拋運動試驗時，為精準的體現出鋼球的平拋運動軌跡，可以采用當前先進的數碼電子技術將其軌跡拍攝下來，并利用多媒體將其軌跡呈現給同學們看.當然，該實驗的前提是利用原來的平拋運動試驗裝置，將描點改為拍攝.相對而言，該試驗方法要充分以來當前的科技，并且要結合多媒體(PPT)展現給同學看，該實驗方法的可操作性實際上還需要學校相應的支持提供相應的設備.

綜上所述，關于平拋運動試驗裝置優化設計的思考和建議，經過試驗確有一定的改進.但是其中也存在一些需要注意的地方，例如試驗條件是否允許，在試驗當中要把控好時間等.無論如何，進行該試驗的目的十分明確，即讓我們在試驗當中認識到平拋運動的軌跡，以及理解其中涉及到的公式，為往后物理力學相關的運動知識學習打下基礎.此外，通過實驗也可以鍛煉耐心，通過動手試驗發現問題，并能夠積極思考和解決問題.而本文對平拋試驗優化設計進行的探討，希望能夠有一定的參考價值.

[1]向欣彥. 平拋運動實驗裝置的優化設計[J]. 實驗教學與儀器,2015,12:61-62.

[2]袁鈴. 簡易平拋運動實驗的改進[J]. 科教文匯(下旬刊),2012,11:126-127.

[3]汪洋. 對平拋運動實驗的創新設計[J]. 物理之友,2014,04:29+31.

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