平抛运动试验装置优化设计探究

河北省冀州中学(053200)

王鼎灏●

平抛运动试验装置优化设计探究

河北省冀州中学(053200)

王鼎灏●

在高中物理学习当中，涉及到的力学知识需要通过实验，才能更好地理解相关的概念以及计算公式.在高中物理力学实验教学中，平抛运动实验是其重要内容之一，它对我们后期学习相关的圆周运动有着重要的影响.本文则主要对平抛运动实验装置进行分析，结合该实验目的和性质探讨如何对其进行优化设计.

平抛运动；物理实验；优化设计

在高中物理教材以及教学中，针对平抛运动有一系列的实验指导思想，并且也有相关的实验设计.但是，我们在实验课堂上，由于实验设计以及相关的装置存在一些不足，致使整个的平抛实验过程受到一定的影响.对此，本文以下先具体分析平抛运动实验及其装置中的问题，并提出相应的优化设计方案.

一、平抛运动试验装置中存在的问题

1.原平抛运动实验过程

实验工具：平抛导轨 接球槽 调平螺栓 抛球开关 钢球 纸夹 重锤

实验准备：将平抛导轨用螺钉固定在屏板左上方，挂上重锤；在平抛导轨底版画好X轴和Y轴.如图1.

实验方法：将钢球放在抛球开关处，使其从同一地点滚下，钢球冲出底部水平槽的轨迹则是平抛运动的体现，实验人员将钢球经过的大致位置在底板纸上下来，对应好X轴和Y轴的值形成一个点，为保证该实验数据的准确性，进行多次重复实验，而后将钢球可能经过的点用平滑的曲线连接起来，则得到平抛运动轨迹，再根据轨迹上对应的点的X、Y值，计算出钢球平抛运动的初速度.

2.平抛运动实验中的问题

根据以上对平抛运动实验过程的阐述，该实验实际上存在一些比较明显的问题，具体问题如下：(1)实验需使钢球多次且重复做平抛运动，所需时间和精力较多；(2)描绘的点为大致的值，因此容易造成大的误差.以上两点为该实验当中最为明显的两个问题，并且在该教学实践当中，由于缺少一定的精准度，学生也容易产生枯燥无聊感觉，甚至部分学生认为教材当中对平抛运动的相关公式、概念、实验结果等都有详细的讲解，没有必要进行改实验操作.

二、平抛运动试验装置优化设计

关于平抛运动实验，许多教师以及研究者就平抛运动实验也提出了许多优化的方法.其中涉及到为增加试验的精准度，将平抛导板中的白纸设计为方格纸，或者在原来实验的基础上增添“L”形定位器，这些改进的方法和设计可以在一定程度上提升实验精准度.笔者作为学生，就平抛运动试验改进和优化有以下的思考和看法.

1.钢球平抛改为水柱平抛

在平抛试验当中，钢球平抛运动只能够看出其大致的运动轨迹，并且在实验描点时要进行重复实验才能获得一些数据，钢球的平抛运动轨迹实际上并不好掌控.因此，笔者认为可以将钢球平抛改为水柱平抛.具体实验装置设计如下：

实验材料：一般的矿泉水瓶 铁架台 方格玻璃板 水槽 油性笔

实验准备：将矿泉水瓶边缘底部穿一个圆形小孔，将其先固定在一定高度的铁架台上，水瓶的圆形小孔朝外.在正式实验之前，堵住小孔在瓶内装满水并且要拧紧瓶盖，玻璃板放置在水瓶之前用架子固定住玻璃板，以上准备好之后，整个实验装置下放好水槽，以免水到处流.如图2.

实验原理：通过拧紧或放松瓶盖，改变瓶中水的压力，从而使得瓶中的水可以做平抛运动，但是这种压力变化的时间较短，因此在一定的时间内而完成该实验.

实验方法：在实验过程当中，将瓶盖拧松，打开堵住的圆形小孔，此时流出的水做的则是平抛运动，学生可以先观察10秒左右，而后在方格玻璃板上用油性笔画出水柱平抛运动的轨迹.如图3.

该试验主要的目的在于更好的掌控和画出平抛运动的轨迹，也能够达到这一目的.但是，该试验也存在一些注意事项，在试验的过程中把控好时间，则可以达到好的效果.就其注意事项而言，主要有以下两点：(1)由于水瓶中的液面下降会导致初速度变慢，因此要在一定的时间内进行试验测量；(2)注意水在平抛运动时，不将水溅到方格玻璃板上.

2.使用数码电子技术拍摄钢球的运动轨迹

在进行平抛运动试验时，为精准的体现出钢球的平抛运动轨迹，可以采用当前先进的数码电子技术将其轨迹拍摄下来，并利用多媒体将其轨迹呈现给同学们看.当然，该实验的前提是利用原来的平抛运动试验装置，将描点改为拍摄.相对而言，该试验方法要充分以来当前的科技，并且要结合多媒体(PPT)展现给同学看，该实验方法的可操作性实际上还需要学校相应的支持提供相应的设备.

综上所述，关于平抛运动试验装置优化设计的思考和建议，经过试验确有一定的改进.但是其中也存在一些需要注意的地方，例如试验条件是否允许，在试验当中要把控好时间等.无论如何，进行该试验的目的十分明确，即让我们在试验当中认识到平抛运动的轨迹，以及理解其中涉及到的公式，为往后物理力学相关的运动知识学习打下基础.此外，通过实验也可以锻炼耐心，通过动手试验发现问题，并能够积极思考和解决问题.而本文对平抛试验优化设计进行的探讨，希望能够有一定的参考价值.

[1]向欣彦. 平抛运动实验装置的优化设计[J]. 实验教学与仪器,2015,12:61-62.

[2]袁铃. 简易平抛运动实验的改进[J]. 科教文汇(下旬刊),2012,11:126-127.

[3]汪洋. 对平抛运动实验的创新设计[J]. 物理之友,2014,04:29+31.

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