運用斜面滑塊模型探究牛頓第二定律

李鐵

(錫山高級中學 江蘇 無錫 214174)

筆者2008年在《物理通報》第6期，發表了《運用斜面滑塊模型探究牛頓第二定律》[1]的文章，該實驗方法以簡單的實驗操作，漂亮的實驗結果讓筆者著迷.2009年筆者以該方法參加江蘇省創新大賽，并獲得省創新大賽一等獎.根據評委們的意見，結合中學生的思維特點，我對該實驗進行了認真的反思，對諸多實驗環節進行了認真的修改.筆者認為，現在該實驗的設計可以滿足，原理簡單、操作方便、結果準確的實驗要求.

1 簡單的實驗原理

如圖1，如果斜面傾角為β角時，小車沿斜面勻速下滑，則有

圖1

μ=tanβ

(1)

當斜面傾角變為θ時，其受到的合力為

F=Mg(sinθ-μcosθ)=

(2)

1.基板 2.墊塊 3.中旋轉基板 4.墊塊

如圖2，首先使中旋轉基板3定位于圖1中BD的位置.該操作可以借助數字毫秒計或打點計時器的監控完成.

(1)如圖2，保持AB(如1 m)不變，分別放入三塊直角墊塊(邊長分別為4×6×10 cm、8×12×10 cm、14×16×10 cm).改變AD的數值，用直尺測量出其數值，就可以得到成倍增加的合外力.

2 方便的實驗操作

以探究牛頓第二定律為例.

(1)如圖2，使中旋轉基板3定位于圖1中BD的位置，微調墊塊2，通過打點計時器的監控，使小車6沿軌道5勻速下滑.

(2)如圖2，取AB為1 m，放入直角墊塊，用米尺測量AD出的數值.

(3)利用打點計時器與紙帶測量小車加速度a.

表1

表2

3 實驗結果

該實驗設計由于不存在課本實驗中實驗原理不完善的系統誤差，測量的數據范圍大，加速度的數值大，偶然誤差很小，其實驗圖線非常漂亮.下面是用上述實驗原理完成的實驗圖像.

圖3

實踐是檢驗真理的唯一標準.課本實驗盡管實驗方法清楚，但多年來因為很難得到定量的實驗結果，老師們已經將其弱化為定性實驗；其繁雜的系統誤差的分析，更讓很多同學望而卻步.本實驗設計，其爭論的焦點是，實驗原理是否簡單.其實，坐而論道是不科學的，還是讓老師將該實驗帶進課堂，讓老師的實踐和同學的實踐來回答.相信答案就在不遠處.

圖4

1 李鐵.運用斜面滑塊模型探究牛頓第二定律.物理通報，2008(6)：31～33