纸牌飞行实验探究

(南京师范大学物理科学与技术学院，江苏 南京 210023)

1 引言

飞纸牌在香港警匪片中是门绝活，旋转出射的纸牌在水平方向上能飞行很远的距离，且纸牌质心的运动轨迹多样，是一个非常有趣的现象，值得探究。

我们可从实验探究入手，观察现象，找出规律，运用多样的科学方法解决这一物理问题。例如，通过控制变量法对影响纸牌飞行轨迹、距离的因素进行探究，在探究发射初速度对纸牌飞行距离的影响时，应控制发射角速度、俯仰角、翻转角和发射高度不变；通过对称分析法，可以将左旋和右旋两种发射情况进行合并，从而简化实验步骤；运用运动合成与分解方法，对纸牌运动进行分析，解释其轨迹的各阶段形成的原因；飞纸牌的运动与经典的平抛运动有些类似，通过等效对比法可以帮助我们更深刻地认识这个运动。

2 用实验法观察现象，获得数据

纸牌的飞行是一个过程性研究对象，可利用视频记录分析。由于受视角的限制，我们采用双机位拍摄的方式，在纸牌的起点和右侧放置同步相机。以从上往下看顺时针旋转出射的纸牌为例，用Tracker软件对纸牌的质心进行手动追踪，提取纸牌的飞行轨迹，并在后期数据处理中消除图像存在的视差。

将实验追踪得到的三维轨迹坐标导入Matlab，作出轨迹的三维图像(图1)。从纸牌的起点开始观察，可以将顺时针旋转的纸牌的运动分为4个阶段：水平运动、一端翘起上扬、左偏俯冲、无序落地。

图1

3 用控制变量法进行探究，寻找规律

经过初步实验，笔者确定了5个影响轨迹和距离的变量：发射初速度、发射角速度、发射翻转角和发射高度。……