如何應(yīng)對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“變臉”藝術(shù)

　　在高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有些實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理雖有所不同，但使用的實(shí)驗(yàn)裝置卻很類似。這些實(shí)驗(yàn)裝置的變式題猶如舞臺(tái)表演中的“變臉”藝術(shù)，搖頭一變則可變化無窮。以“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”這個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的裝置為例，這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置可以在一些不同的實(shí)驗(yàn)中加以應(yīng)用，學(xué)生在面對(duì)這些形似而神不似的實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)有些混淆。本文僅采擷幾例，旨在探討該類題型的規(guī)律，并揭示該類題的解題方法，為這類實(shí)驗(yàn)問題的教學(xué)提供參考。
　　在“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”、“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”、“探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系”這三個(gè)實(shí)驗(yàn)中，它們的實(shí)驗(yàn)裝置都比較類似，均為同一裝置或稍做變形（如用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來測(cè)量速度，用氣墊導(dǎo)軌代替滑板等），但是考查的原理卻截然不同。學(xué)生在處理這類問題的變式時(shí)，往往會(huì)把一些規(guī)律、結(jié)論張冠李戴。例如是否要平衡摩擦力的問題，是否要滿足小車的質(zhì)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量的問題。為了正確地理解與處理這類問題，我認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面來辨析：
　　1.明確實(shí)驗(yàn)中研究的力學(xué)對(duì)象；
　　2.明確實(shí)驗(yàn)所需滿足的力學(xué)條件；
　　3.明確誤差的來源及如何減小誤差。
　　從這幾個(gè)方面出發(fā)，我針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了下面一些問題：
　　①研究對(duì)象是誰？它的合外力是由誰提供的？②能不能有摩擦力？怎么處理摩擦力？③實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)誤差的來源？
　　在解題過程中，如按照這樣的分析思路會(huì)有效地突破問題的障礙。
　　實(shí)驗(yàn)一：探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系
　　情景描述：如圖所示，一輛小車放置在長(zhǎng)木板上，一端通過一條細(xì)繩與砝碼盤相連，另一端通過紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相連。通過該實(shí)驗(yàn)裝置探究小車的加速度與小車質(zhì)量、小車受力的關(guān)系。
　　該實(shí)驗(yàn)為教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，我們處理的一般思路是：首先明確研究對(duì)象，即小車。然后明確實(shí)驗(yàn)所要滿足的力學(xué)條件，即小車所受的合外力由砝碼重力提供，但事實(shí)上小車的合外力并不等于砝碼的重力。其原因有兩點(diǎn)：一是實(shí)驗(yàn)中沒有平衡摩擦力，二是小車的質(zhì)量不是遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量。所以若要滿足實(shí)驗(yàn)所需的力學(xué)條件，則首先要平衡摩擦力，平衡摩擦力之后小車所受的合外力就等于繩子的拉力。
　　實(shí)驗(yàn)中的另一個(gè)問題是繩子拉力并不等于鉤碼的重力，因?yàn)橄到y(tǒng)具有加速度，即小車和砝碼都有相同大小的加速度，所以可以分別對(duì)小車和砝碼列出牛頓第二定律方程：
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