探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

胡一德

湖南省岳陽(yáng)市云溪區(qū)一中 湖南岳陽(yáng) 414009

探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

胡一德

湖南省岳陽(yáng)市云溪區(qū)一中 湖南岳陽(yáng) 414009

一、實(shí)驗(yàn)在教材中所處的地位和作用

“平拋運(yùn)動(dòng)”是高一物理必修2第五章的內(nèi)容。課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容為：會(huì)用運(yùn)動(dòng)合成與分解的方法分析拋體運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)合成與分解方法是一種重要的物理方法，是本章的重點(diǎn)。平拋運(yùn)動(dòng)是該方法的實(shí)例應(yīng)用，是學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)由直線到曲線的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。本節(jié)課通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生真正理解平拋運(yùn)動(dòng)。

二、實(shí)驗(yàn)原型及不足之處

1.實(shí)驗(yàn)原型

在新教材中，平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)提供了如圖1所示3種案例：斜面小槽配合豎直白紙法、水柱法、數(shù)碼攝像機(jī)法。

圖1 參考案例

2.原實(shí)驗(yàn)的不足之處

(1)斜面小槽配合豎直白紙法不易確定小球平拋運(yùn)動(dòng)的位置，實(shí)驗(yàn)誤差很大，時(shí)間很長(zhǎng)。

(2)水柱法的軌跡受空氣阻力影響大而且不穩(wěn)定。

(3)這兩種方法都沒有探究?jī)煞诌\(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。

(4)數(shù)碼攝像機(jī)法成本太高不易推廣。

總之，3種方法都無(wú)法快速、準(zhǔn)確地記錄小球平拋運(yùn)動(dòng)的位置，描出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。

三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)之處

筆者對(duì)斜面小槽配合豎直白紙法進(jìn)行了創(chuàng)新與改進(jìn)。

創(chuàng)新之一：可探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向和水平方向兩分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。

創(chuàng)新之二：探究平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡實(shí)驗(yàn)時(shí)將橫向豎直放置的描跡板改為縱向正對(duì)斜槽的活動(dòng)板。

創(chuàng)新之三：將“找”小球平拋運(yùn)動(dòng)的位置改為讓小球“打”出平拋運(yùn)動(dòng)的位置。

總之，用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置做實(shí)驗(yàn)，能比較準(zhǔn)確地將軌跡描繪出來(lái)，能深入研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

四、實(shí)驗(yàn)器材

自制平拋運(yùn)動(dòng)探究?jī)x、學(xué)生電源、刻度尺、白紙、復(fù)寫紙、小鋼球等(如圖2所示)。

圖2 實(shí)驗(yàn)器材

五、實(shí)驗(yàn)原理及裝置說(shuō)明（包括實(shí)驗(yàn)裝置平面圖）

1.實(shí)驗(yàn)原理

平拋運(yùn)動(dòng)可分解為豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。

2.裝置說(shuō)明

斜槽、水平槽、重垂線、電磁鐵、開關(guān)、斜槽中心線在底座板上的投影線、垂直水平方向的平行插槽(第一條插槽離斜槽末端水平距離等于小球的半徑)、槽間距5cm(描跡板大小不同間距不同，使小球運(yùn)動(dòng)軌跡由左上角到右下角)。

3.實(shí)驗(yàn)裝置平面圖(如圖3所示)

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置平面圖

六、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.探究平拋運(yùn)動(dòng)兩分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)

(1)探究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向是勻速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)：取2個(gè)一樣的小球(A，C)，一個(gè)放在裝置左上角斜槽離水平末端某一高度用電磁鐵吸住，另一個(gè)放在裝置左下角同斜槽水平末端相同的高度用電磁鐵吸住。用一個(gè)開關(guān)控制讓2個(gè)小球同時(shí)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)做平拋運(yùn)動(dòng)，一個(gè)做近似勻速直線運(yùn)動(dòng)，可以看出它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中幾乎都在同一豎直線上，最后相碰撞。啟發(fā)學(xué)生分析并讓他們自己總結(jié)出平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向是勻速直線運(yùn)動(dòng)。

(2)探究平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)：取2個(gè)一樣的小球(A，B)，一個(gè)放在裝置左上角斜槽(較光滑)的某一高度用電磁鐵吸住，另一個(gè)放在裝置右角相同的高度用電磁鐵吸住。用開關(guān)自動(dòng)控制：A球離開斜槽末端瞬間做平拋運(yùn)動(dòng)，B球同時(shí)下落做自由落體運(yùn)動(dòng)，可以看出它們?cè)谙侣涞恼麄€(gè)過(guò)程中幾乎同時(shí)落地。啟發(fā)學(xué)生分析并讓學(xué)生自己總結(jié)出平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)。

2.探究平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡

(1)取出描跡板，在上面貼上白紙、復(fù)寫紙。

(2)將描跡板插入第一條插槽并使第一條豎直線對(duì)準(zhǔn)斜槽的中心線。

(3)讓小球從斜槽的某一高度自由滾下，與描跡板碰撞，在描跡板的白紙上記下小球平拋的初位置1(即坐標(biāo)原點(diǎn))。

(4)然后將描跡板橫向平移插入后一槽中并同時(shí)將描跡板縱向向內(nèi)移動(dòng)一個(gè)槽間距(保證小球的水平位移不變),使描跡板上的第二條豎直線對(duì)準(zhǔn)斜槽的中心線,讓小球從斜槽的同一高度自由滾下，與描跡板碰撞,在描跡板的白紙上記下小球平拋的位置2。

(5)按照同樣的方法，記錄小球平拋位置3，4，5，6。

(6)掀開復(fù)寫紙，根據(jù)描跡板白紙上的痕跡點(diǎn)，用平滑曲線把點(diǎn)連接起來(lái)，就是平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。

(7)對(duì)比實(shí)驗(yàn)：讓小球從斜槽的同一高度自由滾下，觀察小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡跟描出的軌跡是否重合。

七、實(shí)驗(yàn)效果

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，物理思想突出。使用本儀器可以快速、準(zhǔn)確地記錄小球平拋運(yùn)動(dòng)的位置，描出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。利用得到的點(diǎn)跡進(jìn)一步研究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

八、自我評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)裝置主要是在“記錄小球位置”的方式上進(jìn)行了改進(jìn)。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，并根據(jù)軌跡上的點(diǎn)分析運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。在教學(xué)中可設(shè)計(jì)成演示實(shí)驗(yàn)，又可設(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(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力和創(chuàng)新思維能力。

這種儀器可能會(huì)形成工藝方面的誤差和操作性誤差。由于它能夠彌補(bǔ)現(xiàn)在平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些缺陷，有一定的實(shí)用價(jià)值。

2010-09-14

胡一德，本科，中教一級(jí)。