简易水流式平抛运动演示实验仪

用激光光源演示光的干涉和衍射湟中县第二中学实验设计：张承品第29届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科技实验项目用激光光源演示光的干涉和衍射平抛运动是高中物理新教材必修课 2 中的很重要的主干知识，其动力学 特征是只受重力作用，运动学特征是水平方向匀速直线运动，竖直方向自由 落体运动，是一种典型的匀变速运动，其研究方法就是在这两个方向进行运 动的合成与分解。理解和掌握本节知识，有助于学生学习以后的知识，掌握 这种方法有助于研究其他的或更复杂的曲线运动，因此这节课在高中物理中 有较高的地位，而做好课堂演示试验和学生的探索或验证性试验也是至关重 要的。传统的演示仪器主要有两类，一是平抛竖落仪，是让两个球同时在水平 方向和竖直方向分别作匀速直线运动和自由落体运动，主要是让学生知道两 种运动在竖直方向运动时间相同，从而说明水平抛出的小球在竖直方向自由 落体运动；二是平抛运动演示仪，它主要用来定量验证平抛运动的两个分运 动，在此基础上求出平抛运动物体的初速度。本人设计的简易水流式平抛运动演示实验仪是上述实验中的第二种试 验，是在原来试验器材的基础上稍加进行了改进，去掉了斜槽轨道，轨道部 分由导管和注射器针头替代，也可以用医用点滴系统代替，而平抛运动的小 球由水替代，可看成有无数个由针头射出的体积很小速度相同的小球组成， 优点是同一轨迹不需反复试验描点，初速度稳定不变，描迹快，一气可成， 还可定性演示各类抛体运动的轨迹。一、主要的仪器器材铁架台（自带长平板）；导管、盛水容器、不同型号注射器针头（或用全 套的点滴系统）；不同的夹子若干，刻度尺两个，小橡皮一块，带有刻度的有 机玻璃一块。二、安装方法如下：1、将两个刻度尺按下图固定在有机玻璃上，在左上角粘上橡皮块；2、将有机玻璃板竖直的用夹子固定在铁架台上；3、导管、盛水容器、注射器针头连接起来，将盛水容器固定在铁架台支柱上（要比有机玻璃板的上端要高），针头从橡皮块中水平穿出。1、调节底座使有机玻璃板上的刻度水平，插入橡皮块的针头水平，铁架台的平板上放上一个小的盘子，用来盛水，防止水流到桌子上面。2、上面的容器内装满水，打开导管上的开关，让水流从针头喷出做平抛运动。3 在玻璃板的背面用笔描绘出水流作平抛运动的轨迹4、在轨迹上适当的地方分别瞄出几个点，分别测出水平位移和竖直位移， 填入自己设计好的表格中。5、数据处理：由上表中的对应竖直位移求出下落的时间，然后由水平位 移求出水流的初速度。四、实验注意事项和试验感受1、与导管相连的进气管应与出水管分开，或采用上端开口的容器，以防 止出水与进气的同时水流中断，使针头喷出的水流平稳连续。2、从针头喷出的水柱不宜过细，水流过细，在空气中做抛物线运动时在 空气阻力下会使水平速度减小的较快，竖直方向的速度也会影响，会产生较 大的误差，可以采用大号针头或换用很细的吸管代替。3、关于从针头喷出的 水流的速度对实验的影响，速度大，水流受到的 空气阻力大，因此，容器中水位到针头的高度不宜过高，一般低于 80cm 较好； 高度差太小时，由于水的表面张力的作用会凝聚成水滴滴下，不会喷射水柱， 一般高于 40cm 为好。4、盛水的容器截面应大一点为好，这样做的目的，就是在水流从喷头喷 出的过程中，水位下降很小，在同一次实验的一两分钟内喷射速度保持不变， 以保证所有的水流在相同的运动轨迹上。4、水流喷出后，在急剧下落的过程中水柱会散开，呈飞溅状，这一过程 中，实验误差较大，为解决这一问题，在水中适当添加融水的胶体或其它物 质，以增加水的凝聚力，有条件的可以用油类物质代替，另外数据处理时取 靠近管口的一段轨迹，不宜过大，以减小误差。5、在定性观察各类抛体运动物体的轨迹的时候，可以将水位高达增大，以便有效地观察到抛体运动的轨迹。