改进“平抛运动实验装置”

李　丰

许多老师和同学都对平抛运动实验装置进行过改进，都不同程度地取得了一定的实验效果。

下面给出一种改进方法。与其他改进相比，该改进简单易行，改进后的装置具有原理完善、操作简便、运动轨迹描绘准确的特点，极具推广价值。

一、原实验装置的不足之处：

原实验装置如图1所示。实验时，每次都使钢球在斜槽上同一位置滚下，钢球在空中的轨迹就是一定的。描绘出小钢球的运动轨迹是这个实验的难点。

常用的方法有“小球碰撞笔尖”法和“小球穿限位孔”法，不论是哪种方法，小球的位置均不易确定，要描出一个“点”往往需要进行多次实验。并且误差较大。

二、实验装置改进的思路及工作原理：

在描迹板的左下角打一小孔，加装一个条形挡板，使其能绕左下角旋转，如图2所示。小球平抛后撞到条形挡板上，挡板距抛出点越近，撞击点在挡板上的位置越靠上。通过复写纸在挡板上留下碰撞痕迹，再把此痕迹描到竖立的实验板上。

改进后的平抛运动实验装置工作原理如图3所示。平抛小球的运动轨迹也就是球心的运动轨迹，为图中虚线所示。由几何关系可知，小球与挡板相撞击，过撞击点作挡板的垂线，必过球心。描迹时，在垂线长度为小球半径处描点即可。

当实验小球直径较小时，小球和挡板撞击点位置基本上在球心运动轨迹上，这时可直接从撞击点位置描点。

三、改进后的实验装置使用方法与步骤：

1把纸带粘贴在挡板上，要贴牢，纸带上面盖上复写纸条。

2转动挡板到第一个描点位置(距抛出点最近)，并在描迹板上记下此时挡板的位置。

3释放小球，小球撞击到挡板上，在挡板上会留下撞击点的“痕迹”。

4重复实验。依次向右转动挡板。每次记下挡板的位置后，释放小球。如图4

5撞击几次后，取下复写纸，挡板上会留下每次撞击的“痕迹”。把挡板转到描迹板所记第一个位置处，依次把挡板条上的撞击“痕迹”描在实验板上。

6最后，在实验板上描出小球轨迹。

注意：每次撞击前一定要记下挡板的位置!

四、改进后的特点：

改进后的装置原理完善，操作简便，运动轨迹描绘准确，解决了原实验不准确、笨拙且耗时多误差大等问题。改进后的装置描一个点只需撞击一次，小球位置极易确定，克服了描一个点需反复多次实验的不足之处。整个试验过程简化中成了“集中撞击”和“集中描点”两个较简单的实验过程，使可操作性得到了极大提高。改进后的实验激发了学生的兴趣，取得了良好的实验效果。