对冲击摆实验装置的再次改进

詹善生

摘   要：文章介绍了冲击摆原理的新型演示方式，简化了原有冲击摆模型，并且优化了实验操作过程，得到了预想中要达到的演示效果。

关键词：冲击摆;动量守恒;实验教学;装置改进

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）10-0049-2

1    引   言

高中物理中的冲击摆实验，具有其独特的价值和魅力。张中与王慧老师的文章中借助平面镜读数、细线代替指针、用带橡皮吸头的玩具枪代替弹簧枪的做法改进了原器材的操作，提高了实验的精度[1];邱艳玲老师的文章中给J2136型冲击摆实验器添加了橡胶垫圈，延长了实验器材的使用寿命[2]。许多研究在一定程度上使得冲击摆实验更容易，但依然存在诸多问题。笔者经过实践研究，找到了一种替代的做法，能很好地实现冲击摆要达到的演示目的。

2    实验装置介绍及测速原理分析

如图1，先把直尺用铁架台竖直固定，玩具手枪装填好BB子弹，将适量橡皮泥搓揉成橡皮泥小球，中间再用笔戳一个小洞。为了让橡皮泥更好地捕获手枪中冲出的子弹，洞口直径应该比子弹略小一点点，如图2所示。

将橡皮泥小球放在已经调零的托盘天平的一个托盘上，然后在另一个托盘中一颗一颗地加入BB子弹，直到天平指针平衡（由于子弹很轻，平衡很容易实现），如图3所示。

设一共加入了n颗子弹才实现平衡，则有如下质量关系将橡皮泥小孔朝下放置在竖直朝上的枪口上，然后移近竖直放置的直尺旁，记录橡皮泥上端对应高度h1。然后开枪，子弹钻进橡皮泥一同飞起，注意观察橡皮泥上端所能到达的最大高度h2（建议用手机录下视频，做完实验后再逐帧播放，寻找最高点）。设子弹撞入橡皮泥达到的最初共同速度为v■，根据动能定理，我们就可以方便地得到

3    实验过程示范

笔者选取的橡皮泥的质量相当于40颗子弹的质量（见图3），故（4）式中n=40。实验过程及效果如图4所呈现：

初始高度h1=0.175 m，弹起最大高度h2=0.238 m，取重力加速度g=9.8 m/s2，将上述数据带入（4）式得笔者实验所用的玩具手枪只需要5元钱一把，射出的子弹速度已经比较大了，对于那些做工更精、動力更大的玩具枪，子弹出射速度会更大，危险性也就更高了。

4    改进冲击摆实验反思总结

常规的冲击摆实验，利用摆锤的摆动角度分析子弹的出射速度，这种方法容易给学生带来对实验原理理解过程的分心（本装置重在体现动量守恒定律的应用），以及带来测量精度的下降（偏角测量的不准确会大大降低结果的精度，参考文献[3]有详细论证）。笔者的装置借助的是竖直上抛运动，容易理解和观察。另外，BB子弹很容易与橡皮泥粘附，图5是一次实验后橡皮泥与子弹粘附的情景，这也是本改进的又一个优点。演示材料的随手可得，不仅降低了成本，而且还能很好地将安全教育融入到物理课堂中，这样的实验设计更符合当下新课程的内涵。

参考文献：

[1]张中，王慧.冲击摆测量子弹速度实验的改进[J].物理实验，1989，9（2）：67.

[2]邱艳玲.J2136型冲击摆实验器的改进[J].教学仪器与实验，1992（2）：26.

[3]刘诚杰.“用冲击摆测弹丸的速度”减小实验误差的方法与步骤[J].青海师专学报，2007（5）：79-81.

[4]滕泽.自动装弹冲击摆[J].科学技术创新，2018（3）：168-169.

（栏目编辑    王柏庐）