改进“平抛运动实验装置”

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  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。
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