自制平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)演示儀

郭來有

在中學(xué)物理課本中，平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的做法有多種，但是，除了閃光照像的方法外，其它方法都沒法準(zhǔn)確地描繪出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，不能利用平拋運(yùn)動(dòng)軌跡中的點(diǎn)來分析平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)存在著不能深入研究平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律的缺限?，F(xiàn)在介紹一種自制的實(shí)驗(yàn)儀器，能夠較準(zhǔn)確地用描點(diǎn)法畫出做平拋運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，而且設(shè)備造價(jià)低，趣味性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)效果好，教師和學(xué)生可以自己制作。自己操作。既能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，又能幫助學(xué)生深刻地理解和掌握平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律。下面將制作這種實(shí)驗(yàn)儀器的方法介紹給大家。

1制作方法

1.1制作演示板

選一塊平整的長(zhǎng)方形鋼板，厚1mm，長(zhǎng)0.6m，寬0.5m。用2cm×2cm規(guī)格的小角鐵，在鋼板四邊做成邊框，將邊框的接頭及邊框與鋼板之間用電焊機(jī)焊接在一起。(1演示板)。

1.2制作底座

截取寬8cm，長(zhǎng)30cm，厚6mm的鋼板兩條，在兩端分別鉆上直徑為8mm的孔，用絲錐攻出螺紋，旋入螺栓。把這兩個(gè)鋼板焊接在演示板0.6m長(zhǎng)的那—側(cè)邊框上。焊接時(shí)要注意演示板與底座應(yīng)垂直，要放在鋼條的中間，兩個(gè)鋼條距演示板兩端的長(zhǎng)度應(yīng)相等。

1.3發(fā)射槽的制作

找一段圓弧形鋁合金槽。用電鉆在槽的下部和演示板左上角各鉆兩個(gè)孔，孔的直徑3mm，在槽和演示板之間墊人薄木片，用平頭螺栓把槽固定在演示板上，使槽中心線與演示板豎直面的距離為2cm。然后，取一段長(zhǎng)3cm直徑為1.8cm的圓柱形木頭，用橡皮條束縛在鋁合金槽的上端，用來限定平拋運(yùn)動(dòng)物體的出發(fā)高度，(4，發(fā)射槽；5，小木片；6，圓柱形木頭)。

1.4調(diào)平裝置

到五金商店買—個(gè)圓錐形重錘，在其尾部穿上線繩，制成調(diào)平用重錘。用1mm厚的薄鋼板裁取兩個(gè)寬30cm長(zhǎng)10cm的小鋼條。取其中一個(gè)鋼條，用砂輪機(jī)將其前端磨尖后，用手鉗將磨尖部分向上彎折90°，另一個(gè)鋼條用電鉆在其前端鉆一個(gè)直徑為0.2mm的小孔。然后，將這兩個(gè)小鋼條用鉆孔、螺栓固定的方法安裝在演示板右端上、下兩側(cè)的邊框上，被磨尖的小鋼條在下側(cè)。尖端部分朝上，另一個(gè)在上側(cè)。把重錘上的線從上邊鋼條的孔中穿過，懸掛起來，重錘與下邊小鋼條朝上的尖端靠近，但不要接觸。在安裝小鋼條時(shí)應(yīng)注意讓上邊鋼條的穿線孔和下邊鋼條朝上的尖端應(yīng)在同一條豎直線上。這樣就制成了演示儀的調(diào)平裝置。(7，重錘；8，上側(cè)小鋼條；9，下側(cè)小鋼條)。

1.5描點(diǎn)器

用直徑為2mm的鐵絲做成的圓環(huán)形狀，圓環(huán)的直徑為2cm，圓環(huán)柄長(zhǎng)0.7cm，再用1mm厚的鋼板裁成直徑為1cm的小圓片，把圓環(huán)柄焊接到小圓片的圓心上。然后，取一個(gè)直徑為1cm，厚2mm的圓形紐扣磁鐵，用“哥倆好”膠粘在圓形鐵片下邊。這樣就制成了演示儀的描點(diǎn)器，描點(diǎn)器要多做幾個(gè)。(10，圓環(huán)；11，圓環(huán)柄；12，小圓片；13，紐扣磁鐵；14，描點(diǎn)器)。

1.6接收器

參考描點(diǎn)器的做法，制做一個(gè)直徑為4cm的環(huán)，在柄的下端焊接—個(gè)直徑為2cm的圓片，與一個(gè)直徑為2cm的紐扣磁鐵粘在一起。然后在圓環(huán)上做—個(gè)布兜，用來接收做平拋運(yùn)動(dòng)的玻璃球。(15，接收器)。

1.7玻璃球

選直徑為1.8cm的黑色或紅色玻璃球作為平拋運(yùn)動(dòng)的物體。選用玻璃球可以避免磁鐵的磁性干擾，黑色或紅色小球與背景色對(duì)比明顯，便于觀察。

1.8畫坐標(biāo)

做成平拋運(yùn)動(dòng)演示儀后。用小砂輪機(jī)對(duì)邊角毛刺進(jìn)行打磨，刷上白漆，同紅色漆畫上水平方向和豎直方向的坐標(biāo)軸，應(yīng)當(dāng)以發(fā)射槽下端口上放置小玻璃球后。球心的高度為坐標(biāo)原點(diǎn)。(16，坐標(biāo)軸)。

2調(diào)試和使用

旋轉(zhuǎn)調(diào)整演示儀底座上的四個(gè)螺栓，讓重錘與下面向上的尖端在同一豎直線上，此時(shí)，演示板處于豎直狀態(tài)，發(fā)射槽的最下端圓弧的切線應(yīng)該是水平線。

利用磁鐵與演示板之間的磁性吸引力，取四個(gè)鈕扣磁鐵在四個(gè)角把一張坐標(biāo)紙固定在演示板上，坐標(biāo)紙上的坐標(biāo)要與演示板上的坐標(biāo)軸吻合，把描點(diǎn)器吸放在坐標(biāo)紙上，把發(fā)射槽上端的圓木調(diào)整好高度，這樣就可以做實(shí)驗(yàn)了。(17，繪圖紙：18，固定坐標(biāo)紙的紐扣磁鐵)。

3實(shí)驗(yàn)操作方法

3.1取一個(gè)描點(diǎn)器吸放在發(fā)射槽的下端，水平方向距離坐標(biāo)原點(diǎn)為2cm，然后，在豎直方向上下移動(dòng)描點(diǎn)器，讓釋放后的玻璃球正好從圓環(huán)中穿過。

3.2在水平方向上每間隔2cm放置多個(gè)描點(diǎn)器。并在豎直方向上下移動(dòng)這些描點(diǎn)器，使從同一高度釋放出的玻璃球恰好能穿過每一個(gè)描點(diǎn)器的圓環(huán)，落人接收器的布兜中。

3.3用鉛筆圍繞描點(diǎn)器下端的圓形小磁鐵在坐標(biāo)紙上畫圓，然后將描點(diǎn)器拿掉，確定這些圓的圓心點(diǎn)，連接圓心點(diǎn)，就得到了一條平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡圖。改變小球出發(fā)的高度，還可以描出多條平拋運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。

4優(yōu)點(diǎn)及不足

用這種演示儀可以把單純地觀察平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡轉(zhuǎn)化為直觀、科學(xué)地描繪平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，并可以根據(jù)軌跡上的點(diǎn)分析運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，在教學(xué)中既可以把平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也可以設(shè)計(jì)成探索性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)坐標(biāo)紙上的點(diǎn)自己總結(jié)平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；既可以設(shè)計(jì)成教師操作的演示實(shí)驗(yàn)，又可以設(shè)計(jì)成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己動(dòng)手操作。在實(shí)驗(yàn)的過程中，小玻璃球次第穿越圓環(huán)落人接收器布兜的過程，充滿了趣味性，讓學(xué)生感到既新奇又不可思議，從而極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

同時(shí)。這種儀器也存在不足，在制作過程中不可避免地會(huì)形成工藝方面的誤差。比如，底座與演示板的焊裝是否垂直，圓環(huán)的尺寸大小是否準(zhǔn)確，調(diào)平裝麓是否精確，發(fā)射槽下端安裝是否正確等。另外在操作實(shí)驗(yàn)時(shí)，如坐標(biāo)紙的放置，描點(diǎn)器圓心的確定等，也會(huì)給實(shí)驗(yàn)造成誤差。