利用DIS實驗裝置探究平拋運動軌跡及規(guī)律

裴 超 楊效華

(聊城大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 山東 聊城 252000)

利用DIS實驗裝置探究平拋運動軌跡及規(guī)律

裴 超 楊效華*

(聊城大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 山東 聊城 252000)

DIS實驗裝置在探究平拋運動軌跡及規(guī)律中，不僅克服了傳統(tǒng)實驗實時性、可視性不強(qiáng)的問題，減小了實驗誤差，而且DIS實驗具有操作簡單快捷等優(yōu)勢，有利于培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng).

DIS實驗裝置 平拋運動 軌跡及規(guī)律

1 傳統(tǒng)實驗分析

教材在第3節(jié)提出了探究平拋運動規(guī)律的實驗方案，“用小錘打擊彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，同時B球被松開，自由下落”[1]，讓學(xué)生通過“聽”來判斷兩球落地的先后順序.但是用人耳判斷有很大的主觀性，并且不容易確定.在第4節(jié)，教材給出了3種方法觀察和記錄平拋運動的軌跡.

第一種參考案例，雖然操作簡單且直觀，但是需要多次重復(fù)進(jìn)行才可以畫出平拋運動軌跡，在確定點的過程中還存在很大的誤差.

第二種參考案例，實驗效果生動形象，可以激起學(xué)生的興趣和好奇心，但是對實驗條件的控制要求較高.

參考案例三，在實驗精度和實驗現(xiàn)象上有很大的優(yōu)勢，但是學(xué)生的感受不夠直觀.

因此，筆者決定利用DIS實驗裝置探究平拋運動軌跡及規(guī)律.

2 DIS實驗裝置

2.1實驗裝置

如圖1所示，探究平拋運動的DIS實驗裝置由小球A,固定夾B,滑槽C,飛行計時器D,豎直標(biāo)尺E,白紙與復(fù)寫紙F(tuán),電源線G,數(shù)據(jù)線H組成.

圖1 平拋運動DIS實驗裝置

2.2實驗步驟

(1)打開WCY專用軟件，將飛行計時器接入計算機(jī).依次將白紙、復(fù)寫紙平鋪到底板上，并用專用固定裝置夾牢，將實驗器滑槽固定到立桿32 cm處.

(2)將小球置于滑槽頂端后釋放，系統(tǒng)在表格內(nèi)自動記錄小球離開滑槽瞬間的初速度及飛行時間，并依此計算出水平位移,如圖2所示.

圖2 實驗數(shù)據(jù)及圖像

(3)改變釋放點位置，使滑槽分別置于立桿上的不同高度(依次為28,24,20,16,12 cm)釋放，可在表格內(nèi)得到其他數(shù)據(jù)，如圖2所示.取下白紙(圖3)，用標(biāo)尺讀出小球落在底板白紙上的水平飛行距離.比較所測量的數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)間的差異.

圖3 記錄了小球落點的白紙

2.3實驗結(jié)果及分析

將白紙取下，用標(biāo)尺測得OA，OB，OC，OD，OE，OF的值分別為0.113 m，0.131 m，0.145 m，0.161 m，0.172 m，0.191 m.用測量的水平位移與計算的水平位移進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，兩者的懸殊微乎其微，所形成的平拋圖像基本重合.因此得出平拋運動的軌跡是一條拋物線.

3 實驗總結(jié)

DIS實驗將平拋運動的軌跡及規(guī)律的探究合二為一，實驗的直觀性和可視性較強(qiáng).而傳統(tǒng)實驗可視性不強(qiáng)，學(xué)生無法直接觀察到平拋運動的軌跡，需要通過細(xì)致的作圖才能將其表現(xiàn)出來.作圖上便會存在很多誤差，并且重復(fù)進(jìn)行實驗需要大量時間.

進(jìn)行規(guī)律的探究需要學(xué)生分析處理數(shù)據(jù)，有利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成.

1 人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心. 物理·必修2. 北京：人民教育出版社，2008.7～12

2017-04-17)

裴超(1992- ),男，在讀碩士研究生.

指導(dǎo)教師:楊效華(1968- ),女，副教授，主要從事物理課程與教學(xué)論研究.