如何改裝平拋運動實驗器

徐德謙

摘 要：“平拋運動”這個實驗在學(xué)生分組實驗實際操作過程中，學(xué)生很難“較準(zhǔn)確”地確定小球通過的位置，即采用這種初略的記點描述法誤差很大，實驗操作也較困難，難以得出較準(zhǔn)確的運動軌跡；同時，不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的實驗品質(zhì)。改裝后，大大降低誤差，提高實驗效果。

關(guān)鍵詞：平拋運動；水平槽；坐標(biāo)；定位器

中圖分類號：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）02-239-01

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

為了提高實驗精度，有教師使用J2154平拋運動試驗器來做這項實驗。通過觀察實驗，筆者發(fā)現(xiàn)J2154平拋運動試驗器有以下不足之處：一是實驗室水平槽沒有參照線，難以調(diào)成水平；二是試驗器的左邊金屬桿與軌道末端剛好處在1條垂直線上，造成記錄紙無法再向左邊伸展，使得縱坐標(biāo)線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，筆者對平拋運動器進(jìn)行了改裝，取得了較好的實驗教學(xué)效果。

一、改裝平拋運動試驗器

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應(yīng)；然后，根據(jù)豎直面板左孔的位置在水槽上相對應(yīng)的地方打1個同樣大小的孔，將水平槽按新打的孔安裝好，使得在實驗時記錄紙上的坐標(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、上端與豎直面板頂端相平且豎直線與豎直面板的重垂線相平行的坐標(biāo)紙，以便于在實驗中為安裝實驗記錄坐標(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)線平行；然后，緊固水平槽螺絲，確保在使用時只要調(diào)整好重垂線，水平槽的水平端就會處在水平狀態(tài)。改裝好平拋運動試驗器。

二、改裝后的實驗步驟

1、把平拋運動試驗器放在水平桌面上，調(diào)節(jié)底座上的調(diào)平螺絲，使垂直線 跟豎直面板直線重合，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)紙上的豎線跟垂直線平行；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水平槽時，求新投影在豎直面板上的位置（小球做平拋運動的拋出點）；以這點為坐標(biāo)原點向右畫1條水平直線為X軸正方向，向下畫1條豎直線為Y軸正方向；在坐標(biāo)紙上放1張復(fù)寫紙或打字蠟紙，以便實驗中小球落在接球擋板時能在坐標(biāo)上留下印跡點。

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，球沿軌道向下運動，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，同時通過復(fù)寫紙或打字蠟紙在面板的坐標(biāo)紙上留下1個印跡點。

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；用此操作方法繼續(xù)下移接球擋板進(jìn)行多次實驗，即可得到平拋的小球下落時的一系列跡點。

7、改變定位器的位置，即可改變小球平拋的初速度。按上述實驗操作方法，便可打出不同初速度小球平拋的運動跡點。

8、取出記錄紙，將各次實驗所記錄的點分別用平滑曲線連接起來，即可得到以不同的初速度做平拋運動的軌跡圖線；然后，通過公式y(tǒng)=1/2gt2和s=vot兩個方程式即可求出小球做平拋運動的初速度uo。

三、注意事項

1、在確定坐標(biāo)原點時，要使坐標(biāo)原點與平拋小球恰好離開水平槽的拋出點重合，這樣才能準(zhǔn)確地確定小球平拋運動軌跡的起始點，從而確定軌跡上任意點的坐標(biāo)。

2、在畫小球做平拋運動的軌跡時，一定要根據(jù)坐標(biāo)紙上記錄的一系列點用平滑的曲線畫出，不要畫成折線。

3、在實驗過程中，移動接球擋板時要小心細(xì)致，不能使平拋運動實驗七發(fā)生移動，以免平拋運動試驗器的水平狀態(tài)發(fā)生改變，影響實驗效果。

四、改裝后的優(yōu)點

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動的起始點，降低了實驗誤差，提高了實驗精度。

2、水平槽右移后能使記錄坐標(biāo)紙的坐標(biāo)原點和縱坐標(biāo)不在紙的邊緣，記錄的圖形既美觀又便于計算。3、豎直面板上貼坐標(biāo)的好處是，能為實驗時安裝記錄坐標(biāo)紙?zhí)峁﹨⒖嘉恢?，使記錄坐?biāo)紙的橫坐標(biāo)線盡量做到水平，從而提高實驗效果。