自制平抛运动实验演示仪
鹤壁工贸学校
摘 要 ： 本文介绍了一种自制的平抛运动演示仪，可以用描点的方法画出平抛运动的曲线，改进了平抛运动实验。 关 键 词 ： 平抛运动实验演示仪 制作方法 调试 使用
在中学物理课本中,平抛运动实验的做法有多种,但是,除了闪光照像的方法外,其它方法都没法准确地描绘出平抛运动的轨迹,不能利用平抛运动轨迹中的点来分析平抛运动的规律，实验存在着不能深入研究平抛运动规律的缺限。现在介绍一种自制的实验仪器,能够较准确地用描点法画出做平抛运动物体的运动轨迹,而且设备造价低,趣味性强,实验效果好,教师和学生可以自己制作,自己操作。既能培养学生的动手能力,又能帮助学生深刻地理解和掌握平抛运动地规律,下面将制作这种实验仪器的方法介绍给大家.
一、 制作方法
1.制作演示板
选一块平整的长方形钢板，厚1mm，长0.6米,宽0.5米。用2cm×2cm规格的小角铁,在钢板四边做成边框,将边框的接头及边框与钢板之间用电焊机焊接在一起.(在焊接的过程中,如果有困难,可以求助于专业焊接人员,以下的制作过程中,也可以这样做.)如图一(1-演示板)
2.制作底座
截取宽8cm，长30cm,厚6mm的钢板两条，在两端分别钻上直径为8mm的孔，用丝锥攻出螺纹，旋入螺栓。把这两个钢板焊接在演示板0.6米长的那一侧边框上。焊接时要注意演示板与底座应垂直,要放在钢条的中间,两个钢条距演示板两端的长度应相等,如图一(2-底座 3-调平螺栓)
3.发射槽的制作
找一段圆弧形铝合金槽,用电钻在槽的下部和演示板左上角各钻两个孔,孔的直径3mm,在槽和演示板之间垫入薄木片,用平头螺栓把槽固定在演示板上,使槽中心线与演示板竖直面的距离为2cm。然后,取一段长3cm直径为1.8cm的圆柱形木头,用橡皮条束缚在铝合金槽的上端,用来限定平抛运动物体的出发高度,如图一(4-发射槽 5-小木片 6-圆柱形木头)
4. 调平装置
到五金商店买一个圆锥形重垂,在其尾部穿上线绳,制成调平用重垂。用1mm厚的薄钢板裁取两个宽30mm长10cm的小钢条。取其中一个钢条,用砂轮机将其前端磨尖后,用手钳将磨尖部分向上弯折90度,另一个钢条用电钻在其前端钻一个直径为0.2mm的小孔。然后,将这两个小钢条用钻孔、螺栓固定的方法安装在演示板右端上、下两侧的边框上，被磨尖的小钢条在下侧，尖端部分朝上，另一个在上侧。把重垂上的线从上边钢条的孔中穿过，悬挂起来，重垂与下边小钢条朝上的尖端靠近，但不要接触。在安装小钢条时应注意让上边钢条的穿线孔和下边钢条朝上的尖端应在同一条竖直线上，这样就制成了演示仪的调平装置。如图一（7-重垂 8-上侧小钢条 9-下侧小钢条）
５.描点器
用直径为２mm的铁丝做成的圆环形状，圆环的直径为２cm，圆环柄长0.7cm,再用１mm厚的钢板裁成直径为1cm的小圆片，把圆环柄焊接到小圆片的圆心上。然后，取一个直径为１cm，厚２m的圆形纽扣磁铁，用“哥俩好”胶粘在圆形铁片下边。这样就制成了演示仪的描点器，描点器要多做几个。如图一（10-圆环 11-圆环柄 12-小圆片 13-纽扣磁铁 14-描点器）
6. 接收器
参考描点器的做法，制做一个直径为４cm的环，在柄的下端焊接一个直径为２cm的圆片，与一个直径为２cm的纽扣磁铁粘在一起。然后在圆环上做一个布兜，用来接收做平抛运动的玻璃球。如图一（15-接收器）
７.玻璃球
选直径为１.8cm的黑色或红色玻璃球作为平抛运动的物体。选用玻璃球可以避免磁铁的磁性干扰,黑色或红色小球与背景色对比明显,便于观察.
8.画坐标
做成平抛运动演示仪后,用小砂轮机对边角毛刺进行打磨,刷上白漆,同红色漆画上水平方向和竖直方向的坐标轴,应当以发射槽下端口上放置小玻璃球后,球心的高度为坐标原点。如图一(16-坐标轴)
图一 平抛运动演示仪
1-演示板 2-底座 3-调平螺栓 4-发射槽 5-薄木片 6-圆柱形木头 7-重垂 8-上侧小钢条
9-下侧小钢条 10-圆环 11-圆环柄 12-小圆片 13-纽扣磁铁 14-描点器 15-接收器 16-坐标轴
17-绘图纸 18-固定坐标纸的纽扣磁铁
二.调试和使用
旋转调整演示仪底座上的四个螺栓,让重垂与下面向上的尖端在同一竖直线上,此时,演示板处于竖直状态,发射槽的最下端圆弧的切线应该是水平线.
利用磁铁与演示板之间的磁性吸引力,取四个钮扣磁铁在四个角把一张坐标纸固定在演示板上,坐标纸上的坐标要与演示板上的坐标轴吻合.把描点器吸放在坐标纸上,把发射槽上端的圆木调整好高度,这样就可以做实验了。如图一(17-绘图纸 18-固定坐标纸的纽扣磁铁)
三.实验操作方法
1.取一个描点器吸放在发射槽的下端,水平方向距离坐标原点为2cm,然后,在竖直方向上下移动描点器,让释放后的玻璃球正好从圆环中穿过. 图二 实验操作示意图
2.在小平方向上每间隔2cm放置多个描
点器,并在竖直方向上下移动这些描点器,使 1-围绕描点器下端的圆形小磁铁画圆 2-圆心 3-坐标纸
从同一高度释放出的玻璃球恰好能穿过每一 4-演示板 5-固定坐标纸的纽扣磁铁
个描点 器的圆环,落入接收器的布兜中。
3.用铅笔围绕描点器下端的圆形小磁铁
在坐标纸上画圆,然后将描点器拿掉,确定这
些圆的圆心点,连接圆心点,就得到了一条平抛运动的轨迹图。改变小球出发的高度,还可以描出多条平抛运动的体物的运动轨迹图.如图二(实验操作示意图)
四.这种演示仪的优点及缺限
用这种演示仪可以把单纯地观察平抛运动的轨迹转化为直观、科学地描绘平抛运动的轨迹,并可以根据轨迹上的点分析运动的规律,在教学中既可以把平抛运动实验设计成验证性实验,也可以设计成探索性实验,让学生根据坐标纸上的点自己总结平抛运动的规律;既可以设计成教师操作的演示实验,又可以设计成学生分组实验,让学生自己动手操作.在实验的过程中,小玻璃球次第穿越圆环落入接收器布兜的过程，充满了趣味性,让学生感到既新奇又不可思议，从而极大地激发了学生学习的兴趣。
同时,这种仪器也存在缺限,在制作过程式中不可避免地会形成工艺方面的误差。比如,底座与演示板的焊装是否垂直,圆环的尺寸大小是否准确,.调平装置是否精确,发射槽下端安装是否正确等等，都会给仪器造成先天性缺限。另外在操作实验时,还可能形成操作性误差，如坐标纸的放置,描点器圆心的确定等等,也会给实验造成误差.
虽然仪器存在着缺限,但只要在制作过程中严格认真,操作中规范细致,实验误差是可以减小的.由于这种仪器能够弥补现在平抛运动实验教学中的一些缺限,所以有一定的实用价值。由于本人的水平有限,在以上的叙述中,如有不妥,还望大家多多指教.
参考文献：
邵长泰:《物理》（上册）2001年8月第1版
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