對沖擊擺實(shí)驗(yàn)裝置的再次改進(jìn)

詹善生

摘? ?要：文章介紹了沖擊擺原理的新型演示方式，簡化了原有沖擊擺模型，并且優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)操作過程，得到了預(yù)想中要達(dá)到的演示效果。

關(guān)鍵詞：沖擊擺;動量守恒;實(shí)驗(yàn)教學(xué);裝置改進(jìn)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）10-0049-2

1? ? 引? ?言

高中物理中的沖擊擺實(shí)驗(yàn)，具有其獨(dú)特的價值和魅力。張中與王慧老師的文章中借助平面鏡讀數(shù)、細(xì)線代替指針、用帶橡皮吸頭的玩具槍代替彈簧槍的做法改進(jìn)了原器材的操作，提高了實(shí)驗(yàn)的精度[1];邱艷玲老師的文章中給J2136型沖擊擺實(shí)驗(yàn)器添加了橡膠墊圈，延長了實(shí)驗(yàn)器材的使用壽命[2]。許多研究在一定程度上使得沖擊擺實(shí)驗(yàn)更容易，但依然存在諸多問題。筆者經(jīng)過實(shí)踐研究，找到了一種替代的做法，能很好地實(shí)現(xiàn)沖擊擺要達(dá)到的演示目的。

2? ? 實(shí)驗(yàn)裝置介紹及測速原理分析

如圖1，先把直尺用鐵架臺豎直固定，玩具手槍裝填好BB子彈，將適量橡皮泥搓揉成橡皮泥小球，中間再用筆戳一個小洞。為了讓橡皮泥更好地捕獲手槍中沖出的子彈，洞口直徑應(yīng)該比子彈略小一點(diǎn)點(diǎn)，如圖2所示。

將橡皮泥小球放在已經(jīng)調(diào)零的托盤天平的一個托盤上，然后在另一個托盤中一顆一顆地加入BB子彈，直到天平指針平衡（由于子彈很輕，平衡很容易實(shí)現(xiàn)），如圖3所示。

設(shè)一共加入了n顆子彈才實(shí)現(xiàn)平衡，則有如下質(zhì)量關(guān)系將橡皮泥小孔朝下放置在豎直朝上的槍口上，然后移近豎直放置的直尺旁，記錄橡皮泥上端對應(yīng)高度h1。然后開槍，子彈鉆進(jìn)橡皮泥一同飛起，注意觀察橡皮泥上端所能到達(dá)的最大高度h2（建議用手機(jī)錄下視頻，做完實(shí)驗(yàn)后再逐幀播放，尋找最高點(diǎn)）。設(shè)子彈撞入橡皮泥達(dá)到的最初共同速度為v■，根據(jù)動能定理，我們就可以方便地得到

3? ? 實(shí)驗(yàn)過程示范

筆者選取的橡皮泥的質(zhì)量相當(dāng)于40顆子彈的質(zhì)量（見圖3），故（4）式中n=40。實(shí)驗(yàn)過程及效果如圖4所呈現(xiàn)：

初始高度h1=0.175 m，彈起最大高度h2=0.238 m，取重力加速度g=9.8 m/s2，將上述數(shù)據(jù)帶入（4）式得筆者實(shí)驗(yàn)所用的玩具手槍只需要5元錢一把，射出的子彈速度已經(jīng)比較大了，對于那些做工更精、動力更大的玩具槍，子彈出射速度會更大，危險性也就更高了。

4? ? 改進(jìn)沖擊擺實(shí)驗(yàn)反思總結(jié)

常規(guī)的沖擊擺實(shí)驗(yàn)，利用擺錘的擺動角度分析子彈的出射速度，這種方法容易給學(xué)生帶來對實(shí)驗(yàn)原理理解過程的分心（本裝置重在體現(xiàn)動量守恒定律的應(yīng)用），以及帶來測量精度的下降（偏角測量的不準(zhǔn)確會大大降低結(jié)果的精度，參考文獻(xiàn)[3]有詳細(xì)論證）。筆者的裝置借助的是豎直上拋運(yùn)動，容易理解和觀察。另外，BB子彈很容易與橡皮泥粘附，圖5是一次實(shí)驗(yàn)后橡皮泥與子彈粘附的情景，這也是本改進(jìn)的又一個優(yōu)點(diǎn)。演示材料的隨手可得，不僅降低了成本，而且還能很好地將安全教育融入到物理課堂中，這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計更符合當(dāng)下新課程的內(nèi)涵。

參考文獻(xiàn)：

[1]張中，王慧.沖擊擺測量子彈速度實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].物理實(shí)驗(yàn)，1989，9（2）：67.

[2]邱艷玲.J2136型沖擊擺實(shí)驗(yàn)器的改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，1992（2）：26.

[3]劉誠杰.“用沖擊擺測彈丸的速度”減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法與步驟[J].青海師專學(xué)報，2007（5）：79-81.

[4]滕澤.自動裝彈沖擊擺[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（3）：168-169.

（欄目編輯? ? 王柏廬）