自制平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證儀

韓忠國(guó)

甘肅省民勤縣第四中學(xué)(733399)

在平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生需通過實(shí)驗(yàn)得出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，再?gòu)能壽E特點(diǎn)得出平拋運(yùn)動(dòng)是在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。為了使學(xué)生能夠順利理解掌握這一化曲為直的思想，教師可先設(shè)計(jì)一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生克服這一思維障礙。

1 理論數(shù)值的計(jì)算

1.1 平拋速度的計(jì)算

平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立且同時(shí)進(jìn)行的，具有獨(dú)立性和等時(shí)性。讓平拋小球從一定高度滾下，到達(dá)斜面底端時(shí)的速度即為平拋小球的初速度，即小球在水平方向作勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度。實(shí)驗(yàn)時(shí)可取斜面上的一個(gè)高度值，根據(jù)機(jī)械能守恒定律計(jì)算出小球抵達(dá)斜面底端時(shí)的速度。

1.2 水平位移和豎直位移的計(jì)算

取一很小的時(shí)間段，計(jì)算出小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)發(fā)生的位移。再取一組相同時(shí)間段的倍數(shù)，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，分別計(jì)算出小球做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)一系列豎直位移。這樣，就得到了一組小球做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)水平位移和對(duì)應(yīng)的豎直位移數(shù)值。

2 實(shí)驗(yàn)裝置的制作

2.1 制作材料

長(zhǎng)直尺、細(xì)繩、多個(gè)比小球直徑稍大的圓環(huán)、圖釘。

2.2 制作方法

根據(jù)計(jì)算出的具體水平位移值，在直尺上等間距的做一系列標(biāo)記。

將細(xì)繩按照計(jì)算得到的豎直位移剪成一系列稍長(zhǎng)一些的細(xì)繩段。

在細(xì)繩段的一端栓上圓環(huán)，另一端用圖釘依次固定在直尺上標(biāo)有水平位移數(shù)值的位置處，并且使細(xì)繩長(zhǎng)度與圓環(huán)半徑之和等于計(jì)算得出的豎直位移數(shù)值。制作好的平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證儀如圖1所示。

圖1 平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證儀

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

將平拋小球從所取的高度自由滾下，如果小球能夠依次穿過豎直懸掛著的圓環(huán)，即說明小球在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向做自由落體運(yùn)動(dòng)。

在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生發(fā)現(xiàn)，小球順利地通過了圓環(huán)，理論和實(shí)際吻合得很好。該實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果，克服了教學(xué)難點(diǎn)。教師還可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自己計(jì)算并制作平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證儀，然后分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過動(dòng)手制作平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證儀完成實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論更具說服力。