關于探究加速度與力、質量的關系實驗的改進與創新

摘 要：對于傳統的探究加速度與力、質量關系的實驗，認為砝碼與砝碼盤的總重力就是小車所受到的拉力大小，其實是一種近似，隨著砝碼的增加這種誤差會增加。采用多力平衡的方法，巧妙測出小車所受的拉力，減小誤差，從而提高實驗精度。

關鍵詞：加速度；合外力；改進與創新

牛頓第二定律是高中階段最重要的定律。因為牛頓第二定律稍作推導可以得到動量定理，若物體或者系統的合外力為零進而推導物體或系統的動量是守恒的，應用牛頓第二定律結合一定的物理情景還可以推導出動能定理。而動能定理、動量定理、動量守恒定律都是高中階段最重要的定理和定律。課本上傳統的實驗存在較大的誤差。筆者將結合自己多年的教學經驗，通過改進實驗從而減小誤差，使之更好地服務于教學，因此對探究加速度與力、質量的關系實驗的改進和創新有著重要的意義。

在探究加速度與力、質量的關系實驗中，涉及其中的需要測量的物理量有合外力、質量、加速度。其中小車的質量是用托盤天平很容易測量的。加速度，可以用打點計時器打出的紙帶進行研究測出，還可以用兩個光電計時器輔助測出。最難的是力的測量，目前人教版提供了兩種參考案例。這兩種案例的合力都認為砝碼盤和砝碼的重力就是小車所受到的合外力。這是一種近似，隨著砝碼的增加這種誤差會越來越大。

改進方案：

1.實驗裝置如圖1所示，一端系在滑塊上的細繩通過轉軸光滑的輕質滑輪掛上鉤碼，墊塊將長木板固定有定滑輪的一端支起一定的高度，直至輕推滑塊后，滑塊沿長木板向下做勻速直線運動。（由紙帶上點跡的分布來判斷小車是做否勻速直線運動）

2.保持長木板的傾角不變，取下細繩和鉤碼，讓滑塊沿長木板向下做勻加速直線運動。

3.滑塊做勻速直線運動時，打點計時器在紙帶上所打出點的分布應該是先均與后越來越疏。

4.根據紙帶測量如圖2所示。

5.鉤碼質量為m滑塊在勻加速下滑過程中所受的合外力大小等于鉤碼的重力大小。

一物體受到幾個力處于平衡狀態，若撤去某個力F，則該物體所受到的合外力變為-F，從A到B的過程中，物體所受到的合力為鉤碼的重力。這樣很好地解決了力的測量這一難題。加速度的測量用打點計時器在紙帶上打出的點跡分析得出，也可以用光電計時器輔助測出。再結合控制變量法，分別探究加速度與力，加速度與質量的關系。

關于探究加速度與力、質量的關系實驗的設計中，有的利用光電計時器來代替打點計時器來測加速度，也有的用力的傳感器來代替彈簧測力計來測量合外力，這些做法從某種程度上是可以減小實驗誤差。但是由于儀器相對復雜昂貴，只有條件較好的學校才有。用最常規的器材結合所學的物理知識對實驗進行改進與創新不但可以激發學生學習物理的熱情，而且還可以豐富自己的實驗教學，從而達到提高教學效果的目的。