一种可快速准确描绘平抛运动轨迹的实验装置

甘肃省民勤县第四中学(733999)

韩忠国

一种可快速准确描绘平抛运动轨迹的实验装置

甘肃省民勤县第四中学(733999)

韩忠国

平抛运动是高中物理中重要的运动模型，渗透着化曲为直的重要物理思想，学生要深刻领会理解这一思想，通过实验准确描绘出平抛运动的轨迹是关键。教材中的描迹法是不断反复调整带孔的卡片,使平抛小球正好顺利穿过卡片上的小孔,卡片上缺口的位置就代表轨迹上的一点。在教学中发现,学生每找一个准确点往往要经过多次重复调整,而要找出多个点迹,需要经过无数次反复尝试调整,不仅费时费力，更易使学生产生厌烦情绪，失去实验兴趣。而且由于空气阻力的影响，会产生一定的系统误差。为此，笔者设计制作了在真空环境下进行平抛运动的实验装置——真空平抛实验仪。

1 实验装置

实验装置如图1所示。

图1 实验装置

2 教具特点及用途

2.1 特点

(1)该教具是一款在真空环境下进行的平抛运动实验仪器，可有效减小空气阻力造成的系统误差。

(2)输液器保证了水流在恒压条件下形成稳定的平抛运动轨迹。

(3)巧妙借助手电筒直接将水流轨迹投影到方格化学板上，快速准确地描绘轨迹，还原度高，误差小。

(4)直接用高中物理学生实验“油膜法估测分子直径大小”中的方格化学板代替方格纸描绘轨迹，一板两用，方便快捷，循环利用，绿色环保。

2.2 用途

该装置可直接观察稳定的平抛运动，并可快速准确描绘出平抛运动轨迹，为进一步研究平抛运动的规律提供支撑。

3 制作材料

玻璃、玻璃胶、输液器、排气排水阀、手电筒、方格化学板、气针。

4 制作方法

裁2块规格为5 cm×30 cm的玻璃，2块5 cm×33 cm的玻璃。在一块5 cm×33 cm玻璃的上方3 cm处打一个小孔,用于安装篮球打气针，在另一块5 cm×33 cm玻璃的下方2 cm处打一个小孔，用于安装排气排水阀。再裁2块30 cm×33 cm的玻璃，将裁好的几块玻璃用玻璃胶粘黏牢固，制作成一个玻璃盒。

用玻璃胶把篮球气针和排气排水阀牢固地粘在相应的孔上，在玻璃盒的左上角粘一个短小的铁钉，用于栓接重锤线。

取1块10 cm×33 cm的木板或铁板制作平衡后，在4个拐角上分别打孔，安装4个螺丝钉，用于调节平衡。将玻璃盒放在平衡台上，如图2所示。安装支架杆及支架座，并将连接输液器下端管口与气针相连。

图2 制作好的玻璃盒及平衡台

5 使用方法

(1)将装置放在水平桌面上，将装有蓝色水的玻璃瓶与输液器连接并倒挂在支架杆上，关闭输液器调节阀。

(2)用抽气机将玻璃盒内抽为近似真空，关闭排气阀。

(3)调节底座平衡螺母，直至重锤线指示装置水平。

(4)用手电筒将出水端和重锤线投影到方格化学板上，确定坐标系原点和坐标轴。

(5)打开输液器调节阀，观察连续水珠形成的平抛运动轨迹。用手电筒直接将水珠运动轨迹投影到方格化学板上，描绘出平抛运动的轨迹。

(6)关闭输液器调节阀，取下方格化学板，研究平抛运动特点，总结平抛运动规律。

6 注意事项

(1)要用较厚的玻璃制作玻璃盒，以免实验过程中盒内气压过大压碎玻璃。

(2)玻璃盒制作完成后要装入少量的水检查装置的气密性。

(3)手电筒的位置不能随意挪动，避免出现投影偏差。

(4)由于水流在绝对真空的状态下有更复杂的情况发生，因此抽气时不能太彻底。

自制教具

2017-07-14