抛石机模拟与能量转化演示

实验目的

观察抛石机的工作过程，理解杠杆转动中的能量转化及石块抛出后的运动规律。

实验原理

抛石机可看作绕固定轴转动的杠杆。动力端下落时重力势能减少，一部分转化为杠杆和石块的动能。石块脱离后若忽略空气阻力，只受重力，做斜抛运动：水平方向匀速，竖直方向加速度为 g。水平射程与出射速度的大小和方向有关。

实验器材

• 抛石机模型（杠杆臂、转轴）
• 动力端（配重）
• 石块
• 可调节的参数或操作按钮
• 石块飞行轨迹

实验步骤

1. 观察抛石机的整体结构，找出转轴、杠杆臂、动力端和石块。
2. 启动演示，注意杠杆臂转动时动力端的位置变化。
3. 观察石块在哪个位置脱离杠杆臂，以及脱离时的运动方向。
4. 记录石块飞行的轨迹和落点。
5. 改变可调节的条件后重复演示，比较石块射程的变化。

实验现象与结论

动力端下落带动杠杆臂加速转动，石块在适当位置脱离后沿抛物线飞出。出射速度越大，石块通常飞得越远；出射角度不同，射程和高度也不同。说明重力势能可以转化为动能，抛出后的运动可按斜抛运动分析。

注意事项

• 本页为模拟演示；自制抛射装置须在教师指导下进行，并确保周围无人。

常见问题

抛石机中发生了哪些能量转化？

动力端下落时重力势能减少，转化为杠杆臂和石块的动能；实际中还有一部分能量因摩擦等损耗。

石块飞出后为什么按斜抛运动分析？

石块脱离杠杆后，忽略空气阻力只受重力，初速度斜向上，因此水平匀速、竖直方向加速度为 g。