1

A01-322E-Y02

百發百中拋射實驗

一、 實驗目的:

利用拋體運動的原理，實驗中於水平面上架設一台發射器，瞄準空中一物體，當射擊時空

中物體同步自由落下，將會在落下的途中被拋體正確命中。

二、實驗原理:

我們可由自由落體及拋體運動的運動行徑來判斷，首先先標出標準座標的 x、y 位置。

假設發生碰撞時的座標為:

20

0

21sin

cos

gttvy

tvx

若一拋射物體要擊中一正在自由落體中的物體，則必須要在 0y 的條件下，所以:

021sin 2

0 gttvy

20 2

1sin gttv

又我們可由 x 座標的式子得知:

cos0vxt

在帶回上列 y 的不等式:

2

cos2sin

00 v

gxv

2sin2

0gxv

2sin0gxv

此為本實驗兩物體的碰撞條件。凡滿足上述條件，皆可發生碰撞。

三、 實驗儀器 百發百中拋射實驗儀器列表

編號 儀器名稱 數量 編號 儀器名稱 數量

1 實驗台座 1 2 砲管固定架 1

3 砲管發射器 1 4 鋼球(D16mm) 3

5 C 型夾 4 6 裝填砲彈棒 1

7 雷射瞄準配件組 1 8 光電閘感應器固定架 1

9 光電閘感應器 1 10 光電計時器 1

11 連接導線 1 12 落體台座及支架 1

13 電磁鐵 1 14 目標擋靶 1

15 落體球 1

百發百中拋射實驗儀器對照圖

3

四、實驗步驟: 自由落體百發百中

圖 1 實驗裝置示意圖

1. 實驗裝置如上圖 1，組裝分解步驟如下圖 2，先固定標靶和發射器距離，調整好角度，並利

用雷射光將發射器校準正對目標物(靶端上的落體球)呈一直線。

2. 利用裝填砲彈棒將砲管發射器內壓，其分三段，再填入鋼球。試著發射鋼球，以免實驗過

程發生距目標過遠。

3. 將光電計時器連接電源、光電閘 P1、電磁鐵 M1 以及歸零”reset”。

註：本實驗利用本光電計時器的主要功能，待物體經過光電閘時，電磁鐵便斷電使落體球

做同步的自由落體。

光電計時器

O X

Y Y/Sinθ

θ

h

電磁鐵

光電閘

4

5

圖 2 實驗組裝

4. 利用電磁鐵將落體球吸在靶端上，待準備就緒。如下圖 3

注意：勿使電磁鐵每次通電超過 40 秒，以免過熱造成損壞以及燙傷。

圖 3 電磁鐵吸住落體球

5. 接著拉開發射器開關，即可觀察到兩物相撞之現象，如圖 1 在落體球落下 h 處，正好被拋

射鋼球擊中。

6

發射器開關

※ 另外我們可經由 A01-321P-Y11 拋體顯示器，可得知鋼球拋射與落體球同步在空中的軌跡。 四、實驗問題與討論 1. 試說明拋射仰角、鋼球質量與碰撞的關係。

2. 試描述碰撞條件為何。

3. 試問是否可事先計算出碰撞位置，請描述之。