魏永先

(南陽市第二實驗高中;宛東中專,河南唐河 473400)

現(xiàn)用普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理》必修1(人教版)第4章第2節(jié)實驗“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中,關(guān)于怎樣測量(或比較)物體的加速度時提到:在這個實驗中也可以不測量加速度的具體數(shù)值,測量不同情況下(即不同受力時,不同質(zhì)量時)物體加速度的比值就可以了.怎樣測量加速度的比值呢?本教材中又提到這樣一種方案:如果測出兩個初速度為零的勻加速直線運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移 x1、x2,由公式知位移之比就等于加速度之比.即

筆者認為:該方案作為一個課堂演示實驗,還不夠直觀、方便,因為實驗中得用米尺測量位移的大小,講臺下邊,特別是教室后邊的學(xué)生是看不清米尺的刻度的,只有靠教師介紹了,這將會降低該演示實驗的效果.為此,這里介紹另一種探究的方案,可供課堂演示實驗使用.具體過程如下.

如果測出兩個初速度為零的勻加速直線運動在相同位移內(nèi)所用時間 t1、t2,由公式知 :計算出 t12、t22就可知道加速度之比了,即

那么,時間又如何測量呢?教材第1章中已介紹過氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器,這里就利用氣墊導(dǎo)軌和數(shù)字計時器來測量時間,其實驗裝置如圖1所示.

圖1

所用器材:(1)一端帶有定滑輪的氣墊導(dǎo)軌1臺,(2)滑塊1個,(3)光電門 2個,(4)J0201-1數(shù)字計時器 1臺,(5)氣源1臺,砝碼若干.

1.保持小盤及其里邊的砝碼質(zhì)量不變,即拉力不變,改變滑塊的質(zhì)量,測滑塊運動時間.

實驗時,數(shù)字計時器功能開關(guān)置S2,時間單位選擇開關(guān)置“10”位置;調(diào)整氣墊導(dǎo)軌使其處于水平狀態(tài),讓一條細繩一端系在滑塊上,另一端跨過定滑輪掛一小盤(盤中可以放砝碼,小盤和其中的砝碼所受重力等于使滑塊做勻加速直線運動的力),使兩光電門保持一定距離;讓滑塊上的遮光片靠近光電門Ⅰ并處于靜止?fàn)顟B(tài),然后放開滑塊,待滑塊通過光電門Ⅱ后,記下數(shù)字計時器上的示數(shù),即為滑塊的運動時間 t1,用天平測出滑塊的質(zhì)量 m1;改變滑塊的質(zhì)量為m2,保持兩光電門的位置不變,重做上述實驗,記下滑塊的運動時間t2.計算出的比值,即可知道的比值了.計算出的比值,就可以比較與的關(guān)系了.

2.保持滑塊質(zhì)量不變,改變小盤質(zhì)量(即改變拉力的大小),重復(fù)上述方法,讀出時間 t1和 t2,計算出的比值,即為的比值,就可以比較加速度a與力F之間的關(guān)系了.

表1為筆者所做的實驗數(shù)據(jù),兩光電門間的距離為50 cm.

表1

由表1可知,第1次和第2次實驗中拉力一定,滑塊運動時間平方之比為即.滑塊質(zhì)量之比為所以.結(jié)論:滑塊拉力一定,在誤差允許范圍內(nèi)加速度與質(zhì)量成反比.

.結(jié)論:滑塊質(zhì)量一定時,在誤差允許范圍內(nèi)加速度與拉力成正比.

由于該方案中不需要測位移,而是讀出數(shù)字計時器上的時間,便于測量,操作也方便,數(shù)字計時器的熒光屏上的數(shù)字醒目、即使坐在教室后邊的學(xué)生也能看得清楚,所以,該方案比教材中介紹的測位移的方案要更直觀、更準(zhǔn)確、更方便、更能增強課堂演示實驗的效果.