“探究加速度和力、質量關系”的實驗改進：從粗略到精確

羅志恒

(蘇州第十中學 江蘇 蘇州 215006)

牛頓第二定律是高中物理力學知識的核心內容，加速度是連接動力學和運動學的一座橋梁，在實際教學中都是先從實驗出發推導定律．牛頓第二定律實驗是中學傳統物理實驗中的經典內容之一．

江蘇省進入高中新課程已有7年了，在新課程理念的影響下，筆者對于探究加速度和力、質量的關系這一內容做了一些連續的研究，分別于2005年、2008年和2011年在我校物理組內上了3次這一相同內容的公開課．上完以后，感受很多．

1 新課程第一年(2005年)

在公開課中筆者延用舊教材中的演示實驗——雙車對比，如圖1所示．

圖1 雙車對比演示實驗照片

小車質量不變，探究加速度和力的關系如表1.

表1 小車質量不變時實驗數據

小車所受合外力不變，探究加速度與質量的關系如表2.

表2 小車合外力不變時實驗數據

從實驗數據中可以看到這一實驗的效果較差，幾乎不能得到“加速度和力成正比、加速度和質量成反比”的結論，于是筆者在課上用“在誤差范圍內，實驗結果成立”來搪塞，使學生在半信半疑中接受了結論，講完后自己心里也感到不安．

2 新課程第四年(2008年)

在公開課上，筆者采用了師生合作探究的形式，利用鋁合金軌道、小車、電火花打點計時器和砝碼來探究加速度和力、質量的關系．如圖2所示．

圖2 鋁合金軌道實驗裝置照片

小車拖著紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列點，取下紙帶，在紙帶上寫上編號，算出每條紙帶對應的加速度的大小．

小車質量不變(M=315 g)，探究加速度和力的關系如表3.

表3 小車質量不變時實驗數據

由數據畫a-F圖，如圖3.

圖3

小車所受合外力不變(F合=0.2 N)，探究加速度與質量的關系如表4.

表4 小車合外力不變時實驗數據

圖4

這次實驗的效果也不是很理想，“加速度和力成正比、加速度和質量成反比”的結論也是馬馬虎虎得到的，自己還是比較心虛．

3 新課程第七年(2011年)

在這次公開課上筆者仍舊采用師生合作探究的形式，不過這次采用了氣墊導軌、數字計時器和光電門來探究加速度和力、質量的關系．實驗裝置如圖5所示．

圖5

圖6 氣墊導軌實驗裝置照片

小車質量不變(M=205 g)，探究加速度和力的關系如表5.

表5 小車質量不變實驗數據

小車所受合外力不變(F合=0.1 N)，探究加速度與質量的關系如表6.

表6 小車合外力不變時實驗數據

由表5畫a-F圖，如圖7.

圖7

圖8

這次的實驗效果非常理想，根據畫出的圖像能夠直接得出質量一定時加速度和力成正比、合外力一定時加速度和質量成反比的結論．上課時自己也感覺底氣十足，充滿信心．

4 反思

通過這三次組內公開課，筆者對“加速度和力、質量的關系”的實驗也有了更深的理解，實驗效果也從粗略走向了精確，在教學過程中取得了很好的效果．

物理實驗的效果如果不佳，物理教師不能一直就這么任它這樣，帶著這樣的實驗上課教師的底氣不足；只有不斷改進物理實驗，爭取更好的實驗效果，上課時才會底氣十足．