不妨把“阿特伍德機”引入中學物理課堂

上完山東科學出版社出版《物理1》（必修）P107“牛頓第二定律”后，一個學生問：“老師，教材通過探究加速度與力、質量的關系得出‘當物體的質量相同時，加速度與作用在物體上的合外力成正比即 = = =……或a∝F；當物體所受合外力相同時，加速度跟物體的質量成反比，即m a =m a =m a ……或a∝ ；最后得出，F=ma’的結論。但我們只是探究加速度與力、質量的關系，加速度是否會和其它的物理量有關，若跟其它物理有關，那公式F=ma就不成立?！惫P者一時很難用理論跟學生清楚說明F=ma理論的正確性，筆者知道要清楚說明這個問題就必須用實驗來探究。最后，筆者決定用英國劍橋大學物理教師阿特伍德設計的“阿特伍德機”（由滑輪與其它物體組成，如圖1）來驗證。在此把方法稍做介紹，供各同仁參考。

1.實驗設計

1.1實驗目的

驗證牛頓第二定律

1.2實驗器材

定滑輪重物重錘線秒表直尺天平

1.3實驗原理

（1）加速度理論值計算

如圖1，m 、m 連接在同一根繩子上，兩物體具有相同的加速度，設繩子拉力為T，則：

可求得理論值：a= g

（2）加速度實際值計算

測量m 下落的高度以及下落的時間，再根據h= a′t 求出加速度的實際值，比較理論值a與真實值a′的大小關系。

1.4實驗步驟

（1）選取m 、m 兩物體，使得質量略大于（實驗時可獲得較小的加速度，實驗易準測）。

（2）測量m 、m 的質量，并根據當地的重力加速度算出加速度理論值。

（3）安裝實驗裝置（如圖1），并記錄A點的位置。

（4）將物體m 從A點靜止開始釋放，并開始計時。

（5）到B處時停止計時，得到物體下落時間t。

（6）測量AB距離得到物體下落高度h。

（7）根據h= a′t ，得到物體運動加速度的實際值。

（8）取不同的下落高度，重復（4）～（7）并完成表一。

（9）比較理論值a與a′真實值的大小關系。

2.實驗特點

本實驗采用“阿特伍德機”驗證牛頓第二定律，實驗時能獲得較小的加速度，使實驗數據更容易準確測量，實驗也具有較強的可操作性。

3.實驗意義

本實驗能有效地解決教師教學時像筆者所遇到的困難，也能讓學生通過親手實驗驗證牛頓第二定律，同時引導學生發現問題、提出問題以及如何解決問題。其實，學生能夠提出有探究價值的問題就足以說明他具有了這種能力，也說明他已經具備一定的科學素養。本實驗對激發學生的探究欲望，強化學生的學習動機起到拋磚引玉作用，同時也讓學生在探究中主動得到知識和體驗，因此，我們不妨把“阿特伍德機”引入中學物理課堂。

注：

（1）實驗時不妨在滑輪的O點處加點潤滑油.

（2）實驗過程中的B點可選擇桌面.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>