自制平抛运动验证仪

韩忠国

甘肃省民勤县第四中学(733399)

在平抛运动实验教学中，学生需通过实验得出平抛运动的轨迹，再从轨迹特点得出平抛运动是在水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动的结论。为了使学生能够顺利理解掌握这一化曲为直的思想，教师可先设计一些验证性实验，帮助学生克服这一思维障碍。

1 理论数值的计算

1.1 平抛速度的计算

平抛运动在水平方向和竖直方向的运动是相互独立且同时进行的，具有独立性和等时性。让平抛小球从一定高度滚下，到达斜面底端时的速度即为平抛小球的初速度，即小球在水平方向作匀速直线运动的速度。实验时可取斜面上的一个高度值，根据机械能守恒定律计算出小球抵达斜面底端时的速度。

1.2 水平位移和竖直位移的计算

取一很小的时间段，计算出小球做匀速直线运动发生的位移。再取一组相同时间段的倍数，根据自由落体运动的规律，分别计算出小球做自由落体运动时一系列竖直位移。这样，就得到了一组小球做自由落体运动时水平位移和对应的竖直位移数值。

2 实验装置的制作

2.1 制作材料

长直尺、细绳、多个比小球直径稍大的圆环、图钉。

2.2 制作方法

根据计算出的具体水平位移值，在直尺上等间距的做一系列标记。

将细绳按照计算得到的竖直位移剪成一系列稍长一些的细绳段。

在细绳段的一端栓上圆环，另一端用图钉依次固定在直尺上标有水平位移数值的位置处，并且使细绳长度与圆环半径之和等于计算得出的竖直位移数值。制作好的平抛运动验证仪如图1所示。

图1 平抛运动验证仪

3 实验验证

将平抛小球从所取的高度自由滚下，如果小球能够依次穿过竖直悬挂着的圆环，即说明小球在水平方向做匀速直线运动，竖直方向做自由落体运动。

在实验中学生发现，小球顺利地通过了圆环，理论和实际吻合得很好。该实验达到了预期效果，克服了教学难点。教师还可引导学生进行创新设计，让学生自己计算并制作平抛运动验证仪，然后分组进行实验。学生通过动手制作平抛运动验证仪完成实验，得出的结论更具说服力。