平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)探究

河北省冀州中學(xué)(053200)

王鼎灝●

平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)探究

河北省冀州中學(xué)(053200)

王鼎灝●

在高中物理學(xué)習(xí)當(dāng)中，涉及到的力學(xué)知識(shí)需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)，才能更好地理解相關(guān)的概念以及計(jì)算公式.在高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是其重要內(nèi)容之一，它對(duì)我們后期學(xué)習(xí)相關(guān)的圓周運(yùn)動(dòng)有著重要的影響.本文則主要對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行分析，結(jié)合該實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮托再|(zhì)探討如何對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

平拋運(yùn)動(dòng)；物理實(shí)驗(yàn)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

在高中物理教材以及教學(xué)中，針對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)有一系列的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)思想，并且也有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).但是，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)課堂上，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及相關(guān)的裝置存在一些不足，致使整個(gè)的平拋實(shí)驗(yàn)過(guò)程受到一定的影響.對(duì)此，本文以下先具體分析平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)及其裝置中的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案.

一、平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置中存在的問(wèn)題

1.原平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)工具：平拋導(dǎo)軌 接球槽 調(diào)平螺栓 拋球開(kāi)關(guān) 鋼球 紙夾 重錘

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將平拋導(dǎo)軌用螺釘固定在屏板左上方，掛上重錘；在平拋導(dǎo)軌底版畫(huà)好X軸和Y軸.如圖1.

實(shí)驗(yàn)方法：將鋼球放在拋球開(kāi)關(guān)處，使其從同一地點(diǎn)滾下，鋼球沖出底部水平槽的軌跡則是平拋運(yùn)動(dòng)的體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)人員將鋼球經(jīng)過(guò)的大致位置在底板紙上下來(lái)，對(duì)應(yīng)好X軸和Y軸的值形成一個(gè)點(diǎn)，為保證該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，而后將鋼球可能經(jīng)過(guò)的點(diǎn)用平滑的曲線連接起來(lái)，則得到平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，再根據(jù)軌跡上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的X、Y值，計(jì)算出鋼球平拋運(yùn)動(dòng)的初速度.

2.平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題

根據(jù)以上對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的闡述，該實(shí)驗(yàn)實(shí)際上存在一些比較明顯的問(wèn)題，具體問(wèn)題如下：(1)實(shí)驗(yàn)需使鋼球多次且重復(fù)做平拋運(yùn)動(dòng)，所需時(shí)間和精力較多；(2)描繪的點(diǎn)為大致的值，因此容易造成大的誤差.以上兩點(diǎn)為該實(shí)驗(yàn)當(dāng)中最為明顯的兩個(gè)問(wèn)題，并且在該教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，由于缺少一定的精準(zhǔn)度，學(xué)生也容易產(chǎn)生枯燥無(wú)聊感覺(jué)，甚至部分學(xué)生認(rèn)為教材當(dāng)中對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)公式、概念、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等都有詳細(xì)的講解，沒(méi)有必要進(jìn)行改實(shí)驗(yàn)操作.

二、平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

關(guān)于平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，許多教師以及研究者就平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)也提出了許多優(yōu)化的方法.其中涉及到為增加試驗(yàn)的精準(zhǔn)度，將平拋導(dǎo)板中的白紙?jiān)O(shè)計(jì)為方格紙，或者在原來(lái)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增添“L”形定位器，這些改進(jìn)的方法和設(shè)計(jì)可以在一定程度上提升實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)度.筆者作為學(xué)生，就平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)改進(jìn)和優(yōu)化有以下的思考和看法.

1.鋼球平拋改為水柱平拋

在平拋試驗(yàn)當(dāng)中，鋼球平拋運(yùn)動(dòng)只能夠看出其大致的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且在實(shí)驗(yàn)描點(diǎn)時(shí)要進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)才能獲得一些數(shù)據(jù)，鋼球的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)際上并不好掌控.因此，筆者認(rèn)為可以將鋼球平拋改為水柱平拋.具體實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)如下：

實(shí)驗(yàn)材料：一般的礦泉水瓶 鐵架臺(tái) 方格玻璃板 水槽 油性筆

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將礦泉水瓶邊緣底部穿一個(gè)圓形小孔，將其先固定在一定高度的鐵架臺(tái)上，水瓶的圓形小孔朝外.在正式實(shí)驗(yàn)之前，堵住小孔在瓶?jī)?nèi)裝滿水并且要擰緊瓶蓋，玻璃板放置在水瓶之前用架子固定住玻璃板，以上準(zhǔn)備好之后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置下放好水槽，以免水到處流.如圖2.

實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)擰緊或放松瓶蓋，改變瓶中水的壓力，從而使得瓶中的水可以做平拋運(yùn)動(dòng)，但是這種壓力變化的時(shí)間較短，因此在一定的時(shí)間內(nèi)而完成該實(shí)驗(yàn).

實(shí)驗(yàn)方法：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，將瓶蓋擰松，打開(kāi)堵住的圓形小孔，此時(shí)流出的水做的則是平拋運(yùn)動(dòng)，學(xué)生可以先觀察10秒左右，而后在方格玻璃板上用油性筆畫(huà)出水柱平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡.如圖3.

該試驗(yàn)主要的目的在于更好的掌控和畫(huà)出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，也能夠達(dá)到這一目的.但是，該試驗(yàn)也存在一些注意事項(xiàng)，在試驗(yàn)的過(guò)程中把控好時(shí)間，則可以達(dá)到好的效果.就其注意事項(xiàng)而言，主要有以下兩點(diǎn)：(1)由于水瓶中的液面下降會(huì)導(dǎo)致初速度變慢，因此要在一定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量；(2)注意水在平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，不將水濺到方格玻璃板上.

2.使用數(shù)碼電子技術(shù)拍攝鋼球的運(yùn)動(dòng)軌跡

在進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，為精準(zhǔn)的體現(xiàn)出鋼球的平拋運(yùn)動(dòng)軌跡，可以采用當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)碼電子技術(shù)將其軌跡拍攝下來(lái)，并利用多媒體將其軌跡呈現(xiàn)給同學(xué)們看.當(dāng)然，該實(shí)驗(yàn)的前提是利用原來(lái)的平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置，將描點(diǎn)改為拍攝.相對(duì)而言，該試驗(yàn)方法要充分以來(lái)當(dāng)前的科技，并且要結(jié)合多媒體(PPT)展現(xiàn)給同學(xué)看，該實(shí)驗(yàn)方法的可操作性實(shí)際上還需要學(xué)校相應(yīng)的支持提供相應(yīng)的設(shè)備.

綜上所述，關(guān)于平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的思考和建議，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確有一定的改進(jìn).但是其中也存在一些需要注意的地方，例如試驗(yàn)條件是否允許，在試驗(yàn)當(dāng)中要把控好時(shí)間等.無(wú)論如何，進(jìn)行該試驗(yàn)的目的十分明確，即讓我們?cè)谠囼?yàn)當(dāng)中認(rèn)識(shí)到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，以及理解其中涉及到的公式，為往后物理力學(xué)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)知識(shí)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).此外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)也可以鍛煉耐心，通過(guò)動(dòng)手試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并能夠積極思考和解決問(wèn)題.而本文對(duì)平拋試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行的探討，希望能夠有一定的參考價(jià)值.

[1]向欣彥. 平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器,2015,12:61-62.

[2]袁鈴. 簡(jiǎn)易平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J]. 科教文匯(下旬刊),2012,11:126-127.

[3]汪洋. 對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 物理之友,2014,04:29+31.

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