打水漂的物理学原理及其应用.pdf

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1、Vo1．36No．5物理教师第36卷第5期(2O15)PHYSICSTEACHER2015正#物理·技术·社会#打水漂的物理学原理及其应用杨宏兵(江苏省南京市第十三中学，江苏南京210008)1打水漂及其物理学原理飞行至关重要的第一次弹跳．打水漂是人们常见的一种游戏，既简单，又有这篇论文得到了法国克里斯托夫·格兰尼特趣，也许人人都玩过．只要选择一块大小适当的扁博士的注意．他从这篇论文中汲取了灵感制造了一状石头，斜着朝平静的水面抛去，石头就会在水面台自动投掷机，利用自动投掷机将直径5cm、厚度上连续跳跃若干次后才

2、沉入水中．如何能够让石12．75mm的铝制圆盘投入÷m长的水池，用以模头漂得更远、在水面弹跳次数更多?美国人拉塞0尔·拜尔斯在2007年7月打水漂时，石子竟然在拟打水漂的过程，并用高速相机将整个实验纪录水面跳动51次，小石片在水面大约行进76m．下来——飞碟接触水面的时间通常不到0．01s．法国人德里克·博凯博士认真研究了打水漂实验印证了博凯的发现是正确的．的物理学原理．认为下列的参数是必须要考虑的．例实验证明：石头是否旋转、速度、石头面的触如石块的质量、石块的形状、石块在抛出时相对于水水角度都会影响石头的弹跳

3、次数，其中旋转的程面的角度(这角度应愈小愈好)、石块在飞行时的自度是打水漂关键因素之一．研究者发现旋转可以旋转率(旋转率愈高，石块运动得愈稳定)、以及石块稳定石块在空中的飞行姿态，使其更容易反弹．而飞行时的水平速度．利用能量消耗的原则，他写出了角度则是关键中的关键．当石块沿着与水面呈2O。石块的运动规律方程式发表于2002年在《美国物理夹角飞行的时候，石块总是能够跳跃很远．当石块学季刊》．根据他的方程式，石块弹跳，最关键的因素入水的角度小于20。时，石块就会在穿越水的过程是在于抛掷的石头应当在20。的“黄金角度

4、”撞击水中很快的消耗掉动能．当人水角度大于45。时，石面，并且抛掷的初速要超过某个临界值时才会发生；块无论如何也不能再漂，而是直接掉到水里了．石旋转的石块能使飞行稳定，并提高弹跳机率，弹跳次头面的触水角度若能保持20。左右，不仅能以最小数多寡取决于入射水面石块的速度有多快；但在实的速率(2．5m／s)打出水漂，还可以使石头与水面际上，弹跳次数受角度不稳定因素限制，角度不稳定碰触的时间降到最低，这代表因碰撞消耗的能量因素与运动速度无关，因而弹跳次数取决于对继续较小，有更多的能量保留做后续的弹跳．a一“一kt．(4

5、)不自洽的错误．结合(3)、(4)式得a一14．15m／s。，由此可以确我们还可以根据引入平均加速度的思路给出定，解法2的结果是正确的．另一种解法：由已知加速度a与时间t成线性关系，那么解法1的结果为什么是错误的呢?虽然加速度在不断变化，但从n—t图像关系判知，事实上，Fl赛车从时速0开始加速到200km／h我们可以用平均加速度来代替线性变化的加速度．的过程中，由式(1)、(2)可以得知，赛车需要时间t一△一，一1(am+l0)，6．18S，而并非由题目数据求得的5．96S．也就是说，代入可得。一14．15m／

6、s。．当题中交待了确定速度变化量所对应的时间及相应教学中，我们对于这类不同解法导致不同答瞬时加速度时，其他数据其实也已经同时被确定，而案的习题，决不能随意取舍，轻易地去肯定或否定不能仅仅因为追求计算简便而随意给出数据，否则就某一种解题思路，而应该珍视这个教学时机，认识会出现如该题中自相矛盾的现象．当然，如果把题中到这类问题往往蕴含着深刻的物理思想，是非常相应语句改为：“⋯⋯急停时的加速度大小恒为宝贵的教学资源．教师如能因势利导、合理利用，9．55m／s"’就与结果吻合了．因此，如果单纯从解题对学生厘清概念，梳理

7、规律，巩固知识，提高解题角度来看，该题中的赋值过多，从而导致了数据问的能力是大有裨益的．(收稿日期：2014—12一10)54—