一種可快速準(zhǔn)確描繪平拋運動軌跡的實驗裝置

甘肅省民勤縣第四中學(xué)(733999)

韓忠國

一種可快速準(zhǔn)確描繪平拋運動軌跡的實驗裝置

甘肅省民勤縣第四中學(xué)(733999)

韓忠國

平拋運動是高中物理中重要的運動模型，滲透著化曲為直的重要物理思想，學(xué)生要深刻領(lǐng)會理解這一思想，通過實驗準(zhǔn)確描繪出平拋運動的軌跡是關(guān)鍵。教材中的描跡法是不斷反復(fù)調(diào)整帶孔的卡片,使平拋小球正好順利穿過卡片上的小孔,卡片上缺口的位置就代表軌跡上的一點。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生每找一個準(zhǔn)確點往往要經(jīng)過多次重復(fù)調(diào)整,而要找出多個點跡,需要經(jīng)過無數(shù)次反復(fù)嘗試調(diào)整,不僅費時費力，更易使學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，失去實驗興趣。而且由于空氣阻力的影響，會產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差。為此，筆者設(shè)計制作了在真空環(huán)境下進行平拋運動的實驗裝置——真空平拋實驗儀。

1 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置

2 教具特點及用途

2.1 特點

(1)該教具是一款在真空環(huán)境下進行的平拋運動實驗儀器，可有效減小空氣阻力造成的系統(tǒng)誤差。

(2)輸液器保證了水流在恒壓條件下形成穩(wěn)定的平拋運動軌跡。

(3)巧妙借助手電筒直接將水流軌跡投影到方格化學(xué)板上，快速準(zhǔn)確地描繪軌跡，還原度高，誤差小。

(4)直接用高中物理學(xué)生實驗“油膜法估測分子直徑大小”中的方格化學(xué)板代替方格紙描繪軌跡，一板兩用，方便快捷，循環(huán)利用，綠色環(huán)保。

2.2 用途

該裝置可直接觀察穩(wěn)定的平拋運動，并可快速準(zhǔn)確描繪出平拋運動軌跡，為進一步研究平拋運動的規(guī)律提供支撐。

3 制作材料

玻璃、玻璃膠、輸液器、排氣排水閥、手電筒、方格化學(xué)板、氣針。

4 制作方法

裁2塊規(guī)格為5 cm×30 cm的玻璃，2塊5 cm×33 cm的玻璃。在一塊5 cm×33 cm玻璃的上方3 cm處打一個小孔,用于安裝籃球打氣針，在另一塊5 cm×33 cm玻璃的下方2 cm處打一個小孔，用于安裝排氣排水閥。再裁2塊30 cm×33 cm的玻璃，將裁好的幾塊玻璃用玻璃膠粘黏牢固，制作成一個玻璃盒。

用玻璃膠把籃球氣針和排氣排水閥牢固地粘在相應(yīng)的孔上，在玻璃盒的左上角粘一個短小的鐵釘，用于栓接重錘線。

取1塊10 cm×33 cm的木板或鐵板制作平衡后，在4個拐角上分別打孔，安裝4個螺絲釘，用于調(diào)節(jié)平衡。將玻璃盒放在平衡臺上，如圖2所示。安裝支架桿及支架座，并將連接輸液器下端管口與氣針相連。

圖2 制作好的玻璃盒及平衡臺

5 使用方法

(1)將裝置放在水平桌面上，將裝有藍(lán)色水的玻璃瓶與輸液器連接并倒掛在支架桿上，關(guān)閉輸液器調(diào)節(jié)閥。

(2)用抽氣機將玻璃盒內(nèi)抽為近似真空，關(guān)閉排氣閥。

(3)調(diào)節(jié)底座平衡螺母，直至重錘線指示裝置水平。

(4)用手電筒將出水端和重錘線投影到方格化學(xué)板上，確定坐標(biāo)系原點和坐標(biāo)軸。

(5)打開輸液器調(diào)節(jié)閥，觀察連續(xù)水珠形成的平拋運動軌跡。用手電筒直接將水珠運動軌跡投影到方格化學(xué)板上，描繪出平拋運動的軌跡。

(6)關(guān)閉輸液器調(diào)節(jié)閥，取下方格化學(xué)板，研究平拋運動特點，總結(jié)平拋運動規(guī)律。

6 注意事項

(1)要用較厚的玻璃制作玻璃盒，以免實驗過程中盒內(nèi)氣壓過大壓碎玻璃。

(2)玻璃盒制作完成后要裝入少量的水檢查裝置的氣密性。

(3)手電筒的位置不能隨意挪動，避免出現(xiàn)投影偏差。

(4)由于水流在絕對真空的狀態(tài)下有更復(fù)雜的情況發(fā)生，因此抽氣時不能太徹底。

自制教具

2017-07-14