方便快捷地确定平抛运动轨迹

张海洋

(睢宁县双沟中学 江苏 徐州 221212)

1 传统的平抛运动实验方法

新人教版《必修2》第五章第4节“实验：研究平抛运动”提供了三种常用的方法，分别为：

(1)斜槽法

(2)细水柱法

(3)频闪照相法

这三种方法的本质均为描点作图.

2 传统实验方法的缺点

(1)通过描点确定一条轨迹至少需要5个点.在确定一个点之前要事先确定小球所经过的大致位置，所以小球要平抛两次才能确定一个点，这样每完成一次实验大约得抛出小球10次，费时费力效果差，极不方便.

(2)小球球心在竖直面内的投影位置很难确定，误差较大.

(3)即使能把点描出来，大部分学生仍然不能正确地把各个点弥合起来得到正确的图像.学生往往只注重点与点之间的关系，而不能把握住所有点的大致趋势，所画图像往往都是折线而不是直线或抛物线.

3 具体改进

为了解决上述问题，笔者利用生活中常见的器材，对平抛运动实验进行了改进.

3.1 器材

斜槽(带水平尺)，固定斜槽的木板(50 cm×60 cm)，木板支架，带磁性的柱形磁铁(长约1.2 cm)，磁性画板(28 cm×40 cm，即两块磁性画板拼在一起)、磁性画笔、刻度尺和重垂线.

3.2 实验步骤

(1)把磁性画板竖直固定在固定斜槽的木板上，利用重锤线先在画板左边缘用磁性笔画出一道竖线，表示y轴.

(2)竖线与斜槽末端对齐.

(3)调节斜槽末端使之保持水平.

(4)使柱形磁铁从斜槽上某一位置无初速滚下，接着做平抛运动.由于柱形磁铁具有磁性，经过磁性画板附近会把画板低层磁粉吸到外表面，从而在画板上留下一条曲线.

(5)由力的作用可知，这条曲线一定与柱形磁铁轴心所经过的轨迹相同，所以它表示了平抛运动的轨迹.

(6)取下画板，竖线和曲线的交点应当是平抛运动的抛出点，记为O点.

(7)过O点画出一条垂直于y轴的直线，表示x轴.

(8)从O点开始在x轴上每隔5 cm画一条平行于y轴的竖线，与x轴相交，交点分别为A′，B′，C′，…，并与曲线相交，交点分别标为A，B，C，…

(9)过交点A，B，C，…做平行于x轴的直线，并与y轴相交，交点分别标为A″，B″，C″，…

(10)分别测量出OA″，OB″，OC″，…的距离.

(11)由抛物线方程为y=ax2分别计算出

比较它们的比值，若相等，则说明平抛运动的轨迹是一条抛物线.

笔者实际测量的一组数据如表1.

表1

由y=ax2可知

(1)

(2)

(3)

在误差范围内aA≈aB≈aC，证明平抛运动的轨迹是一条抛物线.

由实验数据可看出，改进后的实验方法既可以降低实验操作难度，又可以方便、快捷地确定平抛运动轨迹；既可以降低学生理解实验原理的难度，也可以省时省力，避开学生拟合点迹得图像的弱点，使学生感到轻松，提高学习兴趣，事半功倍.