程永活

(安徽省歙縣第二中學(xué),安徽黃山 245200)

新課標(biāo)高中物理(必修2)教材的“探究平拋運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中,采用鉛筆和一個(gè)帶有小孔的硬紙片來確定小球平拋運(yùn)動的位置,雖然能探究出平拋運(yùn)動規(guī)律,但在實(shí)驗(yàn)時(shí)為了確定一個(gè)位置往往要做很多次的試探才能找到,要完成平拋運(yùn)動的描跡,需花幾十分鐘,很難在課堂45分鐘內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)探究,而且誤差很大.用頻閃照片和光電投影這些現(xiàn)代科技的手段探究又受到條件的限制.為了能在實(shí)驗(yàn)中很快地描繪出小球平拋運(yùn)動的軌跡,減少因確定小球位置的操作給實(shí)驗(yàn)探究帶來的誤差,筆者對實(shí)驗(yàn)的滑塊進(jìn)行了如下設(shè)計(jì).

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1.在注射器的注射針頭與針筒之間接一根細(xì)長的軟塑料管(輸液管的前端細(xì)管),將注射針頭安裝在一小段圓鐵管中心軸.操作時(shí)發(fā)現(xiàn):在圓鐵管滾動時(shí)注射針頭隨之滾動,使軟塑料管扭轉(zhuǎn).于是在安裝注射針頭時(shí)用了兩個(gè)軸承,這樣鐵管滾動時(shí)注射針頭就不滾動了.在圓鐵管外套兩個(gè)圓環(huán),控制圓鐵管沿斜槽滾動,并且能從水平槽末端水平拋出.在圓鐵管即將拋出時(shí),推注射器針筒,紅墨水從針頭噴出,就在豎直木板的白紙上畫出了平拋運(yùn)動的軌跡.

圖1

設(shè)計(jì)時(shí)注意幾個(gè)問題:

(1)注射針頭要很細(xì)(用醫(yī)生做皮試的針頭),否則,噴射的水流太大.(2)注射針頭剪短并磨平,防止被針頭滑傷,而且可以確保水從針頭水平噴出.(3)注射針頭離豎直木板的距離不能太遠(yuǎn).(4)圓鐵管平拋運(yùn)動的過程中,保持軟塑料管松弛.

誤差分析:圓鐵管平拋運(yùn)動的過程中(不計(jì)空氣阻力),處于完全失重狀態(tài),因此,軟塑料管對它沒有拉力,因?yàn)樗骱苄?對圓鐵管的作用力可以不計(jì).實(shí)驗(yàn)誤差比教材實(shí)驗(yàn)小得多.

該設(shè)計(jì)能一次性描繪出平拋運(yùn)動的軌跡,實(shí)驗(yàn)誤差也很小.材料很容易得到,學(xué)生可以通過自己動手制作模型然后探究,學(xué)生既學(xué)了知識又提高了創(chuàng)新能力,非常符合新課改理念.

為了便于得出平拋運(yùn)動特點(diǎn),還可以類似于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)自行噴水的滑塊(裝置如圖2).

圖2

在注射針頭前面安裝一個(gè)可以轉(zhuǎn)動的圓形塑料片,圓形塑料片中心連接轉(zhuǎn)軸,由小型電動機(jī)帶動,根據(jù)圓形塑料片轉(zhuǎn)動周期在塑料片的某一圓周適當(dāng)打幾個(gè)圓孔,圓孔要均勻分布在同一圓周,確保噴點(diǎn)的等時(shí)性.當(dāng)圓形塑料片的圓孔轉(zhuǎn)到注射針頭前面時(shí),水穿過圓孔噴在豎直木板的白紙上,留下一點(diǎn);其他時(shí)間圓形塑料片把水流阻擋,水噴不到白紙上.這樣,就相當(dāng)于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,打點(diǎn)周期可以通過圓形塑料片轉(zhuǎn)動周期和圓孔數(shù)進(jìn)行調(diào)整.

實(shí)驗(yàn)時(shí),拉開注射器推筒注水后,用移動栓卡住,然后將小車放在斜槽上(可以自制便于小車運(yùn)動的末端水平斜軌道),接通電動機(jī)開關(guān),移開移動栓后釋放小車,在小車經(jīng)水平末端后拋出做平拋運(yùn)動同時(shí),噴出的水滴在白紙上留下5、6個(gè)點(diǎn).這樣就不必對軌跡進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,直接測量這些點(diǎn)之間的水平距離和豎直距離即可得出平拋運(yùn)動規(guī)律.