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平抛运动演示仪的简易制作

作者 :刘万强更新时间:2012-11-12

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松滋市第一中学 湖北 荆州(434200)
一、仪器设计意图
平抛运动是高中物理中最典型的第一类曲线运动,通常把它分解成水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。教师在教学中,往往只对竖直方向的分运动-----自由落体运动通过实验探究,而水平方向的分运动-----匀速直线运动,一般采取口头直述或电脑动画模拟的形式来让学生接受。为了使分解思想的探究实验具有整体性,本人自制了一套可以探究平抛运动的演示实验仪。现将具体情况与同行们交流如下:
二、实验装置示意图
(一)装置简图
⑴“工”字型底座(长×宽×高:550mm×200mm×60mm)
⑵钢球二个、橡皮球一个(直径:20mm)
⑶电磁铁二个(固定在加速轨道顶端相同位置)
⑷加速圆弧形轨道两个(高:150mm,带固定螺杆和螺母)
⑸水平轨道一个(长:400mm)
⑹三夹板(右下有坐标格背景)
⑺铜质弹片一对(夹橡皮球用)
⑻控制电磁铁的开关
⑼电池盒一个(含干电池2节)
(二)几点说明
1.制作实验装置的支架,要选用截面边长为20—30mm的木材,一是要增强装置的稳度,二是便于后面固定夹板和小球运动的轨道。
2.实验中的三个小球,选用直径完全相同的。其中,用电磁铁控制运动的两小球为钢球,用铜质弹片夹住的小球为橡皮球,与钢球相比可以减小重力,增大球与弹片的动摩擦因数,也会减小它自由下落最后砸中水平轨道的冲击力。
3.两个加速的圆弧性轨道应完全一样,电磁铁的安装位置也必须完全相同,这样才能保证脱离加速轨道末端的速度一样。加速轨道1的末端与铜质弹片夹住的橡皮球的上表面处于同一水平面,当加速轨道上的钢球通过橡皮球的上表面时,橡皮球同时在钢球的外力作用下摆脱铜质弹片的约束而自由下落,加速轨道2与水平轨道的连接必须平滑。安装轨道时,与夹板的间距在5mm以上,保证小球在运动过程中不接触到夹板。
三、 实验步骤与现象
1.将钢球a放在加速轨道1上的电磁铁下,橡皮球卡在两铜质弹片之间,且使加速轨道1的末端与铜质弹片夹住的橡皮球的上表面处于同一水平面。
2.断开开关,钢球a沿轨道1加速下滑,到达轨道1的末端时,碰触到橡皮球,观察发现橡皮球自由下落的同时,钢球a水平抛出,且两球同时到达水平轨道(或观察坐标背景,两球始终处于同一竖直高度)。这说明平抛运动的小球在竖直方向的运动就是自由落体运动。
3.将钢球a、b分别放在加速轨道1、2上的电磁铁下,断开开关,钢球a和b分别沿轨道1、2加速下滑,到达轨道的末端后,钢球a水平抛出,钢球b继续向前做直线运动,观察发现钢球a只好砸中水平轨道上运动的钢球b(或观察坐标背景,两球始终处于同一竖直线上)。这说明平抛运动的小球在水平方向的运动就是匀速直线运动。
4.将钢球a、b分别放在加速轨道1、2上的电磁铁下,橡皮球卡在两铜质弹片之间,且使加速轨道1的末端与铜质弹片夹住的橡皮球的上表面处于同一水平面。
5.断开开关,钢球a、b分别沿轨道加速下滑,钢球a到达轨道1的末端时,碰触到橡皮球,观察发现橡皮球自由下落的同时,钢球a、b水平抛出,且三球同时到达水平轨道的某处。(或观察坐标背景,钢球a与橡皮球始终处于同一水平线上,钢球b与橡皮球始终处于同一竖直线上)。这说明平抛运动的小球在水平和竖直方向的运动分别做的是匀速直线运动和自由落体运动。
四、 实验装置优点
选材容易,制作简单,可以制成成品仪器使用。操作简便,可见度好,在水平和竖直两个方向的分运动都先后和同时通过实验得到,形成分解的整体性。

附:作者:刘万强 单位:湖北省荆州市松滋一中物理组
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