河北省冀州中學(xué)(053200)

王鼎灝●

平拋運動試驗裝置優(yōu)化設(shè)計探究

河北省冀州中學(xué)(053200)

王鼎灝●

在高中物理學(xué)習(xí)當(dāng)中，涉及到的力學(xué)知識需要通過實驗，才能更好地理解相關(guān)的概念以及計算公式.在高中物理力學(xué)實驗教學(xué)中，平拋運動實驗是其重要內(nèi)容之一，它對我們后期學(xué)習(xí)相關(guān)的圓周運動有著重要的影響.本文則主要對平拋運動實驗裝置進行分析，結(jié)合該實驗?zāi)康暮托再|(zhì)探討如何對其進行優(yōu)化設(shè)計.

平拋運動；物理實驗；優(yōu)化設(shè)計

在高中物理教材以及教學(xué)中，針對平拋運動有一系列的實驗指導(dǎo)思想，并且也有相關(guān)的實驗設(shè)計.但是，我們在實驗課堂上，由于實驗設(shè)計以及相關(guān)的裝置存在一些不足，致使整個的平拋實驗過程受到一定的影響.對此，本文以下先具體分析平拋運動實驗及其裝置中的問題，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計方案.

一、平拋運動試驗裝置中存在的問題

1.原平拋運動實驗過程

實驗工具：平拋導(dǎo)軌 接球槽 調(diào)平螺栓 拋球開關(guān) 鋼球 紙夾 重錘

實驗準(zhǔn)備：將平拋導(dǎo)軌用螺釘固定在屏板左上方，掛上重錘；在平拋導(dǎo)軌底版畫好X軸和Y軸.如圖1.

實驗方法：將鋼球放在拋球開關(guān)處，使其從同一地點滾下，鋼球沖出底部水平槽的軌跡則是平拋運動的體現(xiàn)，實驗人員將鋼球經(jīng)過的大致位置在底板紙上下來，對應(yīng)好X軸和Y軸的值形成一個點，為保證該實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進行多次重復(fù)實驗，而后將鋼球可能經(jīng)過的點用平滑的曲線連接起來，則得到平拋運動軌跡，再根據(jù)軌跡上對應(yīng)的點的X、Y值，計算出鋼球平拋運動的初速度.

2.平拋運動實驗中的問題

根據(jù)以上對平拋運動實驗過程的闡述，該實驗實際上存在一些比較明顯的問題，具體問題如下：(1)實驗需使鋼球多次且重復(fù)做平拋運動，所需時間和精力較多；(2)描繪的點為大致的值，因此容易造成大的誤差.以上兩點為該實驗當(dāng)中最為明顯的兩個問題，并且在該教學(xué)實踐當(dāng)中，由于缺少一定的精準(zhǔn)度，學(xué)生也容易產(chǎn)生枯燥無聊感覺，甚至部分學(xué)生認(rèn)為教材當(dāng)中對平拋運動的相關(guān)公式、概念、實驗結(jié)果等都有詳細的講解，沒有必要進行改實驗操作.

二、平拋運動試驗裝置優(yōu)化設(shè)計

關(guān)于平拋運動實驗，許多教師以及研究者就平拋運動實驗也提出了許多優(yōu)化的方法.其中涉及到為增加試驗的精準(zhǔn)度，將平拋導(dǎo)板中的白紙設(shè)計為方格紙，或者在原來實驗的基礎(chǔ)上增添“L”形定位器，這些改進的方法和設(shè)計可以在一定程度上提升實驗精準(zhǔn)度.筆者作為學(xué)生，就平拋運動試驗改進和優(yōu)化有以下的思考和看法.

1.鋼球平拋改為水柱平拋

在平拋試驗當(dāng)中，鋼球平拋運動只能夠看出其大致的運動軌跡，并且在實驗描點時要進行重復(fù)實驗才能獲得一些數(shù)據(jù)，鋼球的平拋運動軌跡實際上并不好掌控.因此，筆者認(rèn)為可以將鋼球平拋改為水柱平拋.具體實驗裝置設(shè)計如下：

實驗材料：一般的礦泉水瓶 鐵架臺 方格玻璃板 水槽 油性筆

實驗準(zhǔn)備：將礦泉水瓶邊緣底部穿一個圓形小孔，將其先固定在一定高度的鐵架臺上，水瓶的圓形小孔朝外.在正式實驗之前，堵住小孔在瓶內(nèi)裝滿水并且要擰緊瓶蓋，玻璃板放置在水瓶之前用架子固定住玻璃板，以上準(zhǔn)備好之后，整個實驗裝置下放好水槽，以免水到處流.如圖2.

實驗原理：通過擰緊或放松瓶蓋，改變瓶中水的壓力，從而使得瓶中的水可以做平拋運動，但是這種壓力變化的時間較短，因此在一定的時間內(nèi)而完成該實驗.

實驗方法：在實驗過程當(dāng)中，將瓶蓋擰松，打開堵住的圓形小孔，此時流出的水做的則是平拋運動，學(xué)生可以先觀察10秒左右，而后在方格玻璃板上用油性筆畫出水柱平拋運動的軌跡.如圖3.

該試驗主要的目的在于更好的掌控和畫出平拋運動的軌跡，也能夠達到這一目的.但是，該試驗也存在一些注意事項，在試驗的過程中把控好時間，則可以達到好的效果.就其注意事項而言，主要有以下兩點：(1)由于水瓶中的液面下降會導(dǎo)致初速度變慢，因此要在一定的時間內(nèi)進行試驗測量；(2)注意水在平拋運動時，不將水濺到方格玻璃板上.

2.使用數(shù)碼電子技術(shù)拍攝鋼球的運動軌跡

在進行平拋運動試驗時，為精準(zhǔn)的體現(xiàn)出鋼球的平拋運動軌跡，可以采用當(dāng)前先進的數(shù)碼電子技術(shù)將其軌跡拍攝下來，并利用多媒體將其軌跡呈現(xiàn)給同學(xué)們看.當(dāng)然，該實驗的前提是利用原來的平拋運動試驗裝置，將描點改為拍攝.相對而言，該試驗方法要充分以來當(dāng)前的科技，并且要結(jié)合多媒體(PPT)展現(xiàn)給同學(xué)看，該實驗方法的可操作性實際上還需要學(xué)校相應(yīng)的支持提供相應(yīng)的設(shè)備.

綜上所述，關(guān)于平拋運動試驗裝置優(yōu)化設(shè)計的思考和建議，經(jīng)過試驗確有一定的改進.但是其中也存在一些需要注意的地方，例如試驗條件是否允許，在試驗當(dāng)中要把控好時間等.無論如何，進行該試驗的目的十分明確，即讓我們在試驗當(dāng)中認(rèn)識到平拋運動的軌跡，以及理解其中涉及到的公式，為往后物理力學(xué)相關(guān)的運動知識學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).此外，通過實驗也可以鍛煉耐心，通過動手試驗發(fā)現(xiàn)問題，并能夠積極思考和解決問題.而本文對平拋試驗優(yōu)化設(shè)計進行的探討，希望能夠有一定的參考價值.

[1]向欣彥. 平拋運動實驗裝置的優(yōu)化設(shè)計[J]. 實驗教學(xué)與儀器,2015,12:61-62.

[2]袁鈴. 簡易平拋運動實驗的改進[J]. 科教文匯(下旬刊),2012,11:126-127.

[3]汪洋. 對平拋運動實驗的創(chuàng)新設(shè)計[J]. 物理之友,2014,04:29+31.

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