關(guān)健波

(云南省昆明市第十四中學(xué) 650106)

一、“ 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生問題的原因

圖1

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，高中學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的方案，有關(guān)近似法的理解有一定困難，其原因是，教材中提供的傳統(tǒng)方案因?qū)嶒?yàn)原理不完善而造成了系統(tǒng)誤差.

(1)實(shí)驗(yàn)中用小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實(shí)際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力).設(shè)繩子拉力為F，小車質(zhì)量為M，小盤和砝碼的總質(zhì)量為m.

對(duì)小車：F=Ma

對(duì)小盤和砝碼：mg-F=ma

(2)小車在木板上運(yùn)動(dòng)時(shí)必然會(huì)受到摩擦力的作用，所以要平衡摩擦力.在平衡摩擦力時(shí)，可把有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的那一端木板適當(dāng)抬高，給小車一個(gè)初速度，若車子能勻速下滑，則小車所受的摩擦力和其重力沿斜面向下的分力平衡，平衡摩擦?xí)r，很容易造成誤差.

二、“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方案及其論證

如圖2所示的裝置探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)器材有氣墊導(dǎo)軌、滑塊(總質(zhì)量為m，左端裝有遮光板)、光電門(配接數(shù)字計(jì)時(shí)器)、米尺、鐵架臺(tái).

圖2

為了和第三章相互作用順利的對(duì)接，我采用了用重力沿斜面向下的分力來充當(dāng)小車的合力，設(shè)斜面的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，斜面疊高了h，得：

①

即：m和L不變時(shí)，F(xiàn)合與h成正比

用光電門間接求出小車的加速度，若小車靜止釋放的位置到光電門的距離x,擋光片的寬度為D,擋光時(shí)間為t，則小車的加速度可以表示為：

②

實(shí)驗(yàn)選取高度依次為5cm、10cm、15cm、20cm、25cm進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)得時(shí)間數(shù)據(jù)如下表.

h510152025t0.00730.00520.00430.00370.00321/t218765.243698.2552798.3173046.0297656.25

h0101530t0.00590.00440.0031/t2028727.3865269.35111111.11

三、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)

(1)本實(shí)驗(yàn)裝置通過氣墊導(dǎo)軌消除摩擦力的影響，避免因?yàn)槠胶饽Σ亮σ鸬恼`差；

(2)本實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)思想是根據(jù)前一章最后一節(jié)內(nèi)容《力的分解》的知識(shí)而設(shè)計(jì)的，根據(jù)學(xué)生的思維能力，學(xué)生很容易想到用滑塊重力沿線面向下的分力來充當(dāng)滑塊的合力，并且這個(gè)合力是恒定的，不會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)誤差.

(4)光滑斜面是高中物理中最常用的物理模型之一，通過本實(shí)驗(yàn)裝置讓學(xué)生感受與光滑斜面最相近的物理模型，學(xué)生通過對(duì)氣墊斜面模型的實(shí)踐操作，對(duì)建構(gòu)物理模型有較大的促進(jìn)作用，也能為學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定理內(nèi)容的做好鋪墊.

(5)本實(shí)驗(yàn)裝置還可以從恒力做功和變力做功的角度來探究合力做功和速度的關(guān)系(與人教版必修二教材中實(shí)驗(yàn)方案相比本實(shí)驗(yàn)裝置更全面，本實(shí)驗(yàn)裝置可以從恒力做功和變力做功的兩個(gè)角度來探究)；同樣本實(shí)驗(yàn)裝置也可用來驗(yàn)證機(jī)械能守恒(運(yùn)用伽利略的思想從斜面到豎直，本實(shí)驗(yàn)從豎直到斜面，更加全面的補(bǔ)充了機(jī)械能守恒的普遍性實(shí)驗(yàn)).