（廣東理工學(xué)院，廣東 高要 526100）

[摘 要] 隨著新課改的不斷推進(jìn)與深入，大學(xué)物理課堂越來越重視提高學(xué)生的實(shí)踐能力，對實(shí)驗(yàn)探究投入了大量的精力。主要探究大學(xué)物理力學(xué)基本測量，以求在教學(xué)過程中真正運(yùn)用。

[關(guān) 鍵 詞] 大學(xué)物理；力學(xué)實(shí)驗(yàn)；基本測量

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）30-0110-01

大學(xué)物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)是最為基本的物理實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)步驟以及理論知識方面都有著十分重要的作用。大學(xué)物理主要是為了培養(yǎng)學(xué)生的思維方式、創(chuàng)新意識以及解決問題的能力，順應(yīng)了當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展要求。因此，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式已經(jīng)不能完全適應(yīng)時(shí)代對人才的需求，阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及主動性的提高。本文以氣墊導(dǎo)軌上滑塊的速度、加速度和牛頓第二定律的測定為探究實(shí)驗(yàn)對象，通過一系列的分析得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)過程中存在的不足。

一、氣墊導(dǎo)軌的介紹

在力學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程中，最為困難的當(dāng)屬摩擦力對測量的影響。氣墊導(dǎo)軌就是在一定程度上為了消除摩擦而設(shè)計(jì)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。它主要通過導(dǎo)軌表面上的均勻分布的小孔噴出氣流，然后在導(dǎo)軌表面和滑塊之間形成一層空氣層即氣墊，從而使得滑塊浮起，這樣滑塊在導(dǎo)軌表面運(yùn)動的過程中就可以看成是無摩擦的運(yùn)動。利用滑塊在氣墊上的運(yùn)用可以進(jìn)行許多力學(xué)實(shí)驗(yàn)，比如測量速度、加速度、驗(yàn)證牛頓第二定律、動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等等。本文主要運(yùn)用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行速度、加速度和驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)探究。

二、力學(xué)基本測量實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理

首先，在對氣墊導(dǎo)軌上的滑塊進(jìn)行速度的測量時(shí)，主要測量的是滑塊的瞬時(shí)速度，一般會用平均速度代替瞬時(shí)速度。當(dāng)物體所受的合外力為零時(shí)，物體會保持靜止或以一定的速度做勻速直線運(yùn)動。在本次實(shí)驗(yàn)過程中，滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做的是無摩擦的阻力運(yùn)動，滑塊上裝有一個(gè)一定寬度的擋光片，這樣當(dāng)滑塊經(jīng)過光電門時(shí)，擋光片前沿?fù)豕?，?jì)時(shí)器從此開始計(jì)時(shí)，擋光片后沿?fù)豕鈺r(shí)，計(jì)時(shí)立即停止。此時(shí)，在計(jì)數(shù)器上會顯示兩次擋光所間隔的時(shí)間，可以知道擋光片同側(cè)邊沿之間的寬度，利用距離除以時(shí)間，就可以計(jì)算得出此時(shí)的滑塊平均速度。

其次，在對氣墊導(dǎo)軌上的滑塊進(jìn)行加速度的測量時(shí)，主要是指滑塊在水平方向上受到一個(gè)恒力的作用時(shí)，氣墊導(dǎo)軌上的滑塊就會作勻加速直線運(yùn)動。加速度的測量方法是，需測量出滑塊通過第一個(gè)光電門的初速度以及第二個(gè)滑塊通過光電門的速度，并將兩個(gè)光電門的距離測量出來，這樣根據(jù)加速度的計(jì)算公式就可以計(jì)算出來此時(shí)的滑塊加速度。

最后，牛頓第二定律是力學(xué)中一個(gè)最為基本的定律，是指物體在受到外力的作用下，物理獲得的加速度與合外力的大小是成正比的，并且與物理的質(zhì)量成反比。因此，在驗(yàn)證牛頓第二定律的時(shí)候，要分別測量合外力的大小以及加速度的大小。

三、力學(xué)基本測量實(shí)驗(yàn)的探究過程

首先，在實(shí)驗(yàn)之前，要對儀器的結(jié)構(gòu)以及使用方法做到心里有數(shù)，對氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行水平調(diào)節(jié)。在測量滑塊的速度時(shí)，先用MUJ-IIB型電腦通用計(jì)數(shù)器設(shè)定擋光片的寬度。在打開計(jì)數(shù)器的電源之后，要用手指按住轉(zhuǎn)換按鈕，計(jì)數(shù)器顯示屏上會出現(xiàn)“1.0，3.0，5.0…”，在顯示1.0的時(shí)候，要快速松開手指，這時(shí)本實(shí)驗(yàn)所用擋光片的距離就已經(jīng)設(shè)定是1.0厘米。隨即，讓滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動，在記錄表中記錄本次實(shí)驗(yàn)兩次經(jīng)過光電門的速度。

其次，在測量加速度時(shí)，要按動計(jì)數(shù)器的功能按鈕，并將此時(shí)的功能設(shè)定為加速度的位置上。本實(shí)驗(yàn)的探究過程大致上是這樣的過程，在滑塊掛鉤上系一根細(xì)線，然后在導(dǎo)軌末端的滑輪，線的另一端系在砝碼盤上，在砝碼盒到達(dá)地面之前，可以使滑塊順利地通過兩次光電門。將滑塊移動到遠(yuǎn)離滑輪的一端，稍微靜置后，自由釋放此時(shí)的滑塊，滑塊就會在外力的作用下從靜止?fàn)顟B(tài)開始作勻速運(yùn)動。此時(shí)，計(jì)數(shù)器屏上就會顯示兩次經(jīng)過光電門的速度和加速度。

最后，在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)探究過程中，先給出一個(gè)前提條件，即物體質(zhì)量不變。與測量加速度時(shí)的裝置相同，在滑塊上加上四個(gè)砝碼，將滑塊移到原理滑輪的一端，使滑塊從靜止?fàn)顟B(tài)作勻加速運(yùn)動，記錄兩次通過光電門時(shí)的速度，并將四個(gè)配重塊逐次加在滑塊上，記錄此時(shí)的加速度。

四、力學(xué)基本測量實(shí)驗(yàn)的探究結(jié)果

本文主要以記錄數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，通過數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算其滑塊的速度以及加速度。在驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，可以用作圖的方法處理數(shù)據(jù)，在質(zhì)量一定的情況下，做加速度與合外力的曲線，在合外力一定的情況下，做加速度與質(zhì)量的曲線，從而直觀地觀察牛頓第二定律的特點(diǎn)。

五、力學(xué)基本測量實(shí)驗(yàn)的探究反思

首先，在實(shí)驗(yàn)的開端，我們要對氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行調(diào)整，能否認(rèn)為滑塊在經(jīng)過光電門的時(shí)間時(shí)，導(dǎo)軌就是調(diào)平的狀態(tài)。其次，在驗(yàn)證牛頓第二定律時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)合外力等于質(zhì)量乘以加速度。此時(shí)的質(zhì)量包括哪幾個(gè)物體的質(zhì)量，而且作用在質(zhì)量上的作用力是什么力，應(yīng)該以怎樣的手段來保證質(zhì)量不變，這些問題都值得我們?nèi)シ此?，從而更加深刻地了解大學(xué)物理力學(xué)基本測量實(shí)驗(yàn)的

內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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