“研究平抛运动”实验教学改进

2019-12-11

物理之友 2019年11期

(1. 河北省沧州市教育局，河北沧州 061001；2. 河北省华北油田第三中学，河北任丘 062552；3. 北京林业大学工学院，北京 100083)

1 引言

平抛运动是人教版高中物理必修2第五章第二、三节内容,抛体运动是自然界中常见的运动形式，平抛运动是抛体运动的一个特例。课本针对探究平抛运动规律的实验，提供了3个参考方案。

(1) 利用描绘小球平抛运动的轨迹实验装置，用铅笔试探描出小球经过的位置，用平滑曲线画出小球运动的轨迹。但是用这种方法描绘小球位置时误差较大，需要多次尝试才能较准确地确定。

(2) 利用水平喷出的水柱,对于细水柱的观察要及时，不容易记录，还有学生从不同角度观察，会影响效果。水刚喷出时，水柱连续而且比较细，最后逐渐变粗又逐渐变成水珠，另外由于空气阻力的作用，水柱的轨迹会逐渐偏离平抛曲线，在取点时一定要取离出口近的点。

(3) 利用数码照相机或数码摄像机记录小球的位置。

针对这些方案，结合我校的实验配置，笔者对原有实验器材进行改进，描绘出了平抛运动的轨迹，并且定量验证了平抛运动的规律。笔者还利用基于DIS(数字化实验系统)的朗威DISLab魔板，引导学生进一步探究平抛运动的规律，展示了现代信息技术的魅力，深化了学生对物理规律的理解。

2 实验改进

(1) 用描迹法画出小球平抛运动的轨迹(如图1)；

图1

我校现有的仪器是按照这个方案配备的，利用实验室的斜面小槽等器材让小球从斜面上同一点滚下做平抛运动。如果小球每次都能碰到笔尖，就说明找对位置了，用铅笔描出小球的位置，用平滑的曲线连起来就得到平抛运动轨迹。该实验的优点是在实际操作过程发现用笔尖找位置方法简单，但不足之处有：笔尖易断,小球容易落空,实际操作不简便。

通过认真思考，并与其他实验方案进行对比发现：使小球撞到带有复写纸的白纸上，以上问题就迎刃而解。沿着这个思路笔者一直思索、反复尝试，最后改进成了“平抛运动演示仪器”，其结构简单、操作方便，经济实用，在白纸上打出的点特别清晰，如果每次移动的距离足够短，打出的点足够多，就能够很清楚地看到白纸上的抛物线，非常直观，在此基础上引入与上述实验改进有异曲同工之效的DIS实验。

3 实验教学过程

实验器材有：平抛运动演示仪、小钢球、铁架台、带夹子的木板、复写纸、A4纸、DIS及其配套的朗威DISLab魔板等。

(1) 引导学生设计实验

图2

图3

让同学们根据这个题目，设计一个能够直接在白纸上打点的实验，设计过程如下：

① 仿照例题划线控制白板移动位置，有同学提出可利用坐标纸进行实验。

② 有同学发现按照例题中移动白板，相当于沿着坐标纸的方格对角线移动，于是在坐标纸上画出了一条对角线(如图4)。

图4

③ 既然想到了让白板沿着对角线移动，那我们可以附上一木条，在白板上固定一个夹子，让标志物沿着木条移动即可(如图5)。

图5

(2) 引导学生进行实验

利用学生设计的思路进行实验，步骤如下：

① 调整仪器，让斜槽末端水平，保证小球离开斜槽后做平抛运动；

② 让白板贴着斜槽末端，利用边缘的重锤保证白板处于竖直状态，让小球从一定高度滚下，小球直接打到带着复写纸的白纸上，记录下小球的平抛起点；白板上的夹子贴着木条，往后移动一小段距离，让小球从相同高度滚下，再次打下一个点；

③ 重复上述操作，当移动的距离足够小时，就能在白纸上打下密集的点痕。观察小球的落痕，可看出小球的运动轨迹非常接近抛物线。

④ 利用打出的点迹，建立坐标系，量出各点的横、纵坐标x、y，根据平抛运动的规律，计算出平抛运动的初速度v0。

(3) 基于DIS的“研究平抛运动”实验

利用朗威DISLab魔板(电磁定位系统)，可自动记录质点的位置，大大简化了实验过程，清晰直观地呈现出质点运动的轨迹，达到本节课的实验目的。如图6所示，朗威 DISLab魔板(电磁定位系统)的部件为：① 电磁定位板、② 弹射器、③ 信号源、④ 接球底槽、⑤ 接球竖槽、⑥ 支架及紧固件构成。在实验中搭建好实验装置，调节弹射器水平，使其卡槽与电磁定位板的上边沿平行。打开魔板专用软件包，选择“平抛运动”。打开信号源电源开关，将信号源置于弹射器卡槽内，先点击 “零点设置”，再点击“开始记录”，按下弹射器开关，软件自动记录信号源的平抛运动轨迹(如图7)。