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(wèn)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(lái)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)探究)；同樣本實(shí)驗(yàn)裝置也可用來(lái)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)).