婁智軍

摘 要 本文通過(guò)對(duì)高中課本上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良與創(chuàng)新，測(cè)定三支發(fā)射塑料BB彈玩具槍的槍口初比動(dòng)能，進(jìn)行槍支鑒定。并對(duì)四種不同方法的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較與分析，總結(jié)出各方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 高中課本 玩具槍 槍口初比動(dòng)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

網(wǎng)上有中國(guó)某公民從臺(tái)灣走私 24 支氣動(dòng)仿真槍終審被判無(wú)期的報(bào)道。那么仿真槍是否算作真槍呢？公安部2010年下發(fā)的《公安機(jī)關(guān)涉案槍支彈藥性能鑒定工作規(guī)定》里，對(duì)槍支認(rèn)定有詳細(xì)的說(shuō)明：其中第三條，對(duì)不能發(fā)射制式彈藥的非制式槍支，按照《槍支致傷力的法庭科學(xué)鑒定判據(jù)》（GA/T 718-2007）的規(guī)定，當(dāng)所發(fā)射彈丸的槍口比動(dòng)能大于等于1.8焦耳/平方厘米時(shí)，一律認(rèn)定為槍支。

此次對(duì)高中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良，目的在不使用專(zhuān)業(yè)器材的情況下，找到簡(jiǎn)單可行的槍口初比動(dòng)能測(cè)試方法，并對(duì)三支發(fā)射BB彈的玩具槍進(jìn)行是否為槍支的鑒定。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

根據(jù)初比動(dòng)能計(jì)算方法及GA/T 718-2007的規(guī)定，彈丸的槍口初比動(dòng)能，即指彈丸出膛以后，槍口附近位置具有的動(dòng)能與彈丸橫截面積的比值，單位為J/cm2。首先將實(shí)驗(yàn)采集的3支玩具槍用的BB彈進(jìn)行質(zhì)量m0和橫截面積S的測(cè)定，進(jìn)而計(jì)算槍口初比動(dòng)能，得到是否為槍支的鑒定公式：m0v22S≤1.8（J/cm2）。

根據(jù)上式，求出在固定子彈質(zhì)量及橫截面積下的最大速度Vmax。從而可用高中課本上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改良，實(shí)現(xiàn)對(duì)子彈初速的測(cè)量。只要測(cè)量的子彈初速小于等于Vmax，則可認(rèn)為該玩具槍不是槍支。

1.2.1自由落體法

如圖1所示，將玩具槍固定在試驗(yàn)臺(tái)面上，在距離l的墻上固定一面貼了顏色A4紙的泡沫用于標(biāo)記子彈的著彈位置。利用高中物理中的運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，即可根據(jù)子彈下降距離h（h=2gt2）及水平運(yùn)動(dòng)距離（=v0t）來(lái)測(cè)量子彈的初速度（v0=g2h）。

1.2.2雙層薄紙法

如圖2所示，將玩具槍固定好，在適當(dāng)距離S處安置固定距離為l的兩張薄紙片。由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，與自由落體法類(lèi)似，可根據(jù)薄紙片距離以及子彈在薄紙上的高度差h來(lái)計(jì)算子彈初速度。子彈水平方向勻速運(yùn)動(dòng)：S=v0t0， S+=v0t；子彈豎直方向自由落體：h=2gt12-2gt02；聯(lián)立兩式可得：v0=2+2S€譯2h（當(dāng)S=0時(shí)或S足夠小時(shí)，雙層薄紙法與自由落體法原理相同）。

1.2.3動(dòng)量守恒的平拋法

如圖3所示，將玩具槍及實(shí)驗(yàn)小車(chē)均固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，其中實(shí)驗(yàn)小車(chē)固定在試驗(yàn)臺(tái)邊緣。質(zhì)量為m子彈射入總質(zhì)量為M1的橡皮泥小車(chē)之后為一起作平拋運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)量守恒及之后的平拋運(yùn)動(dòng)，可計(jì)算出子彈的初

1.2.4動(dòng)量守恒及機(jī)械能守恒單擺法

如圖4所示，將質(zhì)量為M2的橡皮泥和細(xì)線(xiàn)一起組成單擺，子彈射入橡皮泥的過(guò)程中動(dòng)量守恒mv0=M2+mv，子彈與橡皮泥在豎直平面擺動(dòng)機(jī)械能守恒2M2+m0v2=M2+m0g-Lcos 。聯(lián)立動(dòng)量守恒及機(jī)械能守恒v0=M2+m02€？gL1-cos ，可得出子彈初速度。

1.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

首先對(duì)實(shí)驗(yàn)用BB彈進(jìn)行測(cè)量，天平稱(chēng)取40顆BB彈的總質(zhì)量M=8.1g?？梢缘贸鯞B彈質(zhì)量m0=0.2g。測(cè)量40顆BB彈的直徑計(jì)算其橫截面積，得平均橫截面積為0.283cm2。將m0=0.2g，S=0.283cm2代入m0v22S≤1.8J/cm2。

可得對(duì)于普通塑料BB彈當(dāng)初速度超過(guò)72m/s時(shí)，即可認(rèn)為此玩具槍為槍支。

1.3.1自由落體法

（1）儀器：米尺，A4紙，泡沫板，細(xì)線(xiàn)，17cm玩具手槍?zhuān)?8cm玩具沖鋒槍?zhuān)?2cm玩具步槍。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)：A4紙粘在泡沫板上用于采集著彈點(diǎn)，用細(xì)線(xiàn)將A4紙與槍口置于同一水平線(xiàn)上，并使A4紙與槍口距離為10m。分別用三把玩具槍發(fā)射BB彈三次，采集著彈點(diǎn)，并采集著彈點(diǎn)相對(duì)初始高度的下落距離h。對(duì)彈丸初速的計(jì)算公式入下式：v0=10g2h。

三把槍三次的數(shù)據(jù)及結(jié)果如下：

1.3.2 雙層薄紙法

（1）儀器：米尺，薄紙，細(xì)線(xiàn)若干，17cm玩具手槍?zhuān)?8cm玩具沖鋒槍?zhuān)?2cm玩具步槍。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)：玩具槍固定在試驗(yàn)臺(tái)一定高度，細(xì)線(xiàn)穿過(guò)兩張薄紙，薄紙上與槍口同一高度做記號(hào)。調(diào)節(jié)薄紙，使距槍口較近處薄紙距槍口0.1m，使兩張薄紙之間相距10m。使用三把不同的玩具槍分別發(fā)射子彈3次，記錄兩張薄紙的著彈點(diǎn)高度差h。

三把槍三次的數(shù)據(jù)及結(jié)果分別如下：

1.3.3聯(lián)立動(dòng)量守恒的平拋法

（1）儀器：米尺，17cm玩具手槍?zhuān)?8cm玩具沖鋒槍?zhuān)?2cm玩具步槍?zhuān)≤?chē)，橡皮泥，實(shí)驗(yàn)臺(tái)。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)。

①實(shí)驗(yàn)小車(chē)固定在高度為h的實(shí)驗(yàn)臺(tái)邊緣，實(shí)驗(yàn)小車(chē)上面放一定質(zhì)量的橡皮泥。橡皮泥和小車(chē)總質(zhì)量記為M1。

②分別使用三種玩具槍從同一位置朝小車(chē)的橡皮泥部分射擊，記錄小車(chē)落地點(diǎn)離試驗(yàn)臺(tái)底的距離x。

子彈的初速可用如下式子計(jì)算：v0=M1+m02€譯2h（M1= 25g ； h=1.2m；m0=0.2g）

三把玩具槍三次數(shù)據(jù)及結(jié)果如下：

1.3.4單擺法

（1）實(shí)驗(yàn)儀器：米尺，細(xì)線(xiàn)若干，17cm玩具手槍?zhuān)?8cm玩具沖鋒槍?zhuān)?2cm玩具步槍?zhuān)鹌つ嗳舾?，A4紙，鉛筆，量角器，天平。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)。

①橡皮泥與細(xì)線(xiàn)組成單擺，固定在豎直平面。細(xì)線(xiàn)后面貼上A4紙便于與環(huán)境對(duì)比，以便準(zhǔn)確讀取角度，量角器貼在A4紙上面。

②分別采用三支不同的玩具槍從單擺平衡位置水平向橡皮泥發(fā)射子彈三次。記錄每次單擺的最大偏轉(zhuǎn)角度。

子彈的初速度可用如下公式計(jì)算：v0=M2+m02€？gL1-cos

其中本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)如下：M2= 10g；m0=0.2g ；L=0.5m；實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果如下：

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。不難發(fā)現(xiàn)，第一二組實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的速度明顯比第三四組所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏低。第三第四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相近，具有較高的可靠性。綜上所述，第三第四組，結(jié)合的動(dòng)量守恒做測(cè)的的數(shù)據(jù)較為真實(shí)可信。所有的測(cè)量都反映，17cm玩具槍和38cm玩具槍槍口初速均小于72m/s，62cm玩具槍槍口初速大于72m/s。故可認(rèn)為17cm，38cm玩具槍不屬于槍支，而62cm玩具槍可定義為槍支。

對(duì)于以后的鑒定工作來(lái)說(shuō)，基于以上四個(gè)方案，最好選用第三或者第四個(gè)方案。第二個(gè)方案，分析導(dǎo)致誤差的原因?yàn)樽訌棻旧淼馁|(zhì)量過(guò)小，導(dǎo)致動(dòng)能偏小。在穿過(guò)紙張時(shí)和在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，消耗了較多動(dòng)能，導(dǎo)致所測(cè)得的速度偏小。第一個(gè)方案，子彈本身質(zhì)量過(guò)小，在空氣中運(yùn)動(dòng)受空氣的阻力，使得速度減小，導(dǎo)致所測(cè)得的速度偏小。以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)誤差，均為系統(tǒng)誤差。第三第四個(gè)方案較好的避免了導(dǎo)致第一個(gè)第二個(gè)方案誤差較大的因素。故此次物理實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)測(cè)子彈初速基本成功。

（指導(dǎo)教師：中南大學(xué) 潘克家）

參考文獻(xiàn)

[1] http：//baike.baidu.com/view/1412398.htm

[2] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：物理必修1[M].人民教育出版社，2006.

[3] 人民教育出版社.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：物理選修3-5[M].人民教育出版社，2016.