自制拋體射擊目標(biāo)實(shí)驗(yàn)裝置—由射“猴”問(wèn)題而來(lái)

應(yīng) 俊 丁用才

中學(xué)物理中有個(gè)著名的“射猴”問(wèn)題：樹(shù)上吊著一只猴子，有一獵人持槍對(duì)準(zhǔn)猴子，獵人開(kāi)槍的一瞬間,猴子受驚嚇從樹(shù)上掉下，問(wèn)子彈能否擊中猴子?理論分析，只要子彈在猴子掉落地面之前能飛行達(dá)到獵人到猴子之間的水平距離即可擊中猴子，但是不容易理解這個(gè)過(guò)程，出于培養(yǎng)學(xué)生興趣與好奇心，筆者就想自制一個(gè)“射猴”的實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證結(jié)果。

筆者通過(guò)分析得到，要制作這樣一個(gè)裝置，需要解決如下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

(1)持槍瞄準(zhǔn)猴子時(shí)不僅射擊者自己知道已經(jīng)持槍瞄準(zhǔn)了“猴子”，還要讓學(xué)生確切看到射擊者已經(jīng)瞄準(zhǔn)了“猴子”。

(2)自制的“槍”必須是安全的，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制作，又容易理解原理。

(3)要確保子彈射出的瞬間“猴子”同時(shí)下落。

(4)讓學(xué)生直觀地觀察到子彈射中了“猴子”，實(shí)驗(yàn)效果要明顯。

針對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題，筆者經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)、修改和完善，制作以下裝置(如圖1所示)，下面結(jié)合實(shí)物圖對(duì)上述幾個(gè)問(wèn)題依次進(jìn)行解決。

圖1

一、利用“激光制導(dǎo)”解決瞄準(zhǔn)問(wèn)題

激光筆固定于內(nèi)徑約8 mm的鋁管之上，其位置還可做多角度的調(diào)準(zhǔn)，通過(guò)“管中窺點(diǎn)”的方法，調(diào)節(jié)激光筆的位置，直到用眼睛通過(guò)鋁管觀察到激光點(diǎn)跡位于管口前端中心位置為止，將激光筆位置固定在槍桿上。當(dāng)激光點(diǎn)跡射到“猴子”上時(shí)，就表明已經(jīng)瞄準(zhǔn)了，而且學(xué)生也容易看到激光的點(diǎn)跡。

二、制作彈射的木頭槍代替“真槍”

槍管是一段內(nèi)徑約8 mm的鋁管，發(fā)射子彈的動(dòng)力來(lái)自于幾股被拉伸的橡皮筋的彈力，子彈是用長(zhǎng)約20 mm的圓形鉛筆桿做成，用鉛筆做成的撞擊桿，子彈遇撞擊而射出。發(fā)射子彈的能量不大，射程大約在4 m遠(yuǎn)，子彈輕、小，安全實(shí)用，子彈還可做成流線型，進(jìn)而提高命中率，還使實(shí)驗(yàn)裝置更富有科學(xué)性，給學(xué)生留下深刻的印象。

三、利用電磁鐵控制解決子彈和“猴子”的“同步問(wèn)題”

首先，電磁鐵是開(kāi)關(guān)閉合的，“猴子”可以改用小網(wǎng)兜代替(如圖2所示)，小網(wǎng)兜被電磁鐵吸住。接著，手指用力扳動(dòng)扳機(jī)，通過(guò)扳機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)上面的木條轉(zhuǎn)動(dòng)，使動(dòng)力橡皮筋伸長(zhǎng)(儲(chǔ)能)，在槍管里放入子彈并將子彈往槍管內(nèi)推，使其緊貼撞針。然后，持槍對(duì)準(zhǔn)網(wǎng)兜(激光點(diǎn)照在網(wǎng)兜中央)，快速將扳機(jī)扣到底，扳機(jī)與上面的木條脫離，橡皮筋迅速收縮，通過(guò)撞針將子彈推出(如圖3所示)。同時(shí)，由于電磁鐵開(kāi)關(guān)緊靠扳機(jī)，扳機(jī)立刻按壓開(kāi)關(guān)按鈕使吸住網(wǎng)兜的電磁鐵斷電(如圖4所示)，網(wǎng)兜下落。由于手指扣動(dòng)扳機(jī)是一個(gè)連續(xù)而快速的過(guò)程，可以認(rèn)為“子彈射出和網(wǎng)兜下落是同時(shí)開(kāi)始的”。

圖2

圖3

圖4

四、通過(guò)網(wǎng)兜收集子彈表示射中目標(biāo)

因?yàn)樽訌椛渲泻镒拥倪^(guò)程和現(xiàn)象比較短促，近處的學(xué)生看得見(jiàn)，但遠(yuǎn)處的學(xué)生就不容易看清楚，可以將“猴子”用網(wǎng)兜來(lái)替代(如圖5所示)。網(wǎng)兜是用醫(yī)用紗布縫制而成的，網(wǎng)口紗布縫在紙質(zhì)圓環(huán)上，在圓環(huán)上固定一枚鐵質(zhì)墊圈。子彈射入網(wǎng)兜后就不會(huì)溜走，教師只需將子彈取出來(lái)給學(xué)生看就能證明已經(jīng)射準(zhǔn)，同時(shí)改“射猴”為“射網(wǎng)兜”，也是更為文明的體現(xiàn)。

圖5

五、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次的修改與完善，實(shí)驗(yàn)效果明顯，實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的興趣以及創(chuàng)新精神也是大有裨益。