探究平抛运动的规律

胡一德

湖南省岳阳市云溪区一中 湖南岳阳 414009

探究平抛运动的规律

胡一德

湖南省岳阳市云溪区一中 湖南岳阳 414009

一、实验在教材中所处的地位和作用

“平抛运动”是高一物理必修2第五章的内容。课程标准的内容为：会用运动合成与分解的方法分析抛体运动。运动合成与分解方法是一种重要的物理方法，是本章的重点。平抛运动是该方法的实例应用，是学生学习运动由直线到曲线的一个转折点。本节课通过实验让学生真正理解平抛运动。

二、实验原型及不足之处

1.实验原型

在新教材中，平抛运动实验提供了如图1所示3种案例：斜面小槽配合竖直白纸法、水柱法、数码摄像机法。

图1 参考案例

2.原实验的不足之处

(1)斜面小槽配合竖直白纸法不易确定小球平抛运动的位置，实验误差很大，时间很长。

(2)水柱法的轨迹受空气阻力影响大而且不稳定。

(3)这两种方法都没有探究两分运动的性质。

(4)数码摄像机法成本太高不易推广。

总之，3种方法都无法快速、准确地记录小球平抛运动的位置，描出平抛运动的轨迹。

三、实验创新与改进之处

笔者对斜面小槽配合竖直白纸法进行了创新与改进。

创新之一：可探究平抛运动竖直方向和水平方向两分运动的性质。

创新之二：探究平抛运动的轨迹实验时将横向竖直放置的描迹板改为纵向正对斜槽的活动板。

创新之三：将“找”小球平抛运动的位置改为让小球“打”出平抛运动的位置。

总之，用创新实验装置做实验，能比较准确地将轨迹描绘出来，能深入研究平抛运动的规律。

四、实验器材

自制平抛运动探究仪、学生电源、刻度尺、白纸、复写纸、小钢球等(如图2所示)。

图2 实验器材

五、实验原理及装置说明（包括实验装置平面图）

1.实验原理

平抛运动可分解为竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动。

2.装置说明

斜槽、水平槽、重垂线、电磁铁、开关、斜槽中心线在底座板上的投影线、垂直水平方向的平行插槽(第一条插槽离斜槽末端水平距离等于小球的半径)、槽间距5cm(描迹板大小不同间距不同，使小球运动轨迹由左上角到右下角)。

3.实验装置平面图(如图3所示)

图3 实验装置平面图

六、实验过程

1.探究平抛运动两分运动的性质

(1)探究平抛运动水平方向是匀速直线运动的实验：取2个一样的小球(A，C)，一个放在装置左上角斜槽离水平末端某一高度用电磁铁吸住，另一个放在装置左下角同斜槽水平末端相同的高度用电磁铁吸住。用一个开关控制让2个小球同时运动，一个做平抛运动，一个做近似匀速直线运动，可以看出它们在运动的整个过程中几乎都在同一竖直线上，最后相碰撞。启发学生分析并让他们自己总结出平抛运动在水平方向是匀速直线运动。

(2)探究平抛运动竖直方向是自由落体运动的实验：取2个一样的小球(A，B)，一个放在装置左上角斜槽(较光滑)的某一高度用电磁铁吸住，另一个放在装置右角相同的高度用电磁铁吸住。用开关自动控制：A球离开斜槽末端瞬间做平抛运动，B球同时下落做自由落体运动，可以看出它们在下落的整个过程中几乎同时落地。启发学生分析并让学生自己总结出平抛运动在竖直方向是自由落体运动。

2.探究平抛运动的轨迹

(1)取出描迹板，在上面贴上白纸、复写纸。

(2)将描迹板插入第一条插槽并使第一条竖直线对准斜槽的中心线。

(3)让小球从斜槽的某一高度自由滚下，与描迹板碰撞，在描迹板的白纸上记下小球平抛的初位置1(即坐标原点)。

(4)然后将描迹板横向平移插入后一槽中并同时将描迹板纵向向内移动一个槽间距(保证小球的水平位移不变),使描迹板上的第二条竖直线对准斜槽的中心线,让小球从斜槽的同一高度自由滚下，与描迹板碰撞,在描迹板的白纸上记下小球平抛的位置2。

(5)按照同样的方法，记录小球平抛位置3，4，5，6。

(6)掀开复写纸，根据描迹板白纸上的痕迹点，用平滑曲线把点连接起来，就是平抛运动的轨迹。

(7)对比实验：让小球从斜槽的同一高度自由滚下，观察小球平抛运动轨迹跟描出的轨迹是否重合。

七、实验效果

改进后的实验装置，提高了实验的精确度，缩短了实验时间。实验操作简单，物理思想突出。使用本仪器可以快速、准确地记录小球平抛运动的位置，描出平抛运动的轨迹。利用得到的点迹进一步研究平抛运动的规律。

八、自我评价

本实验装置主要是在“记录小球位置”的方式上进行了改进。把单纯地观察平抛运动的轨迹转化为直观、科学地描绘平抛运动的轨迹，并根据轨迹上的点分析运动的规律。在教学中可设计成演示实验，又可设计成学生分组实验，让学生自己动手操作。在实验的过程中培养学生的知识迁移能力和创新思维能力。

这种仪器可能会形成工艺方面的误差和操作性误差。由于它能够弥补现在平抛运动实验教学中的一些缺陷，有一定的实用价值。

2010-09-14

胡一德，本科，中教一级。