力學實驗中幾個值得商榷的問題

倪德海

摘 要： 物理實驗題可以說在每次的考試中都會考到，而每次實驗題也是學生失分較多的題目，要想考好物理實驗題就不能失太多分，要想考好實驗題，常規的物理實驗就一定要掌握好，一些容易忽略不注意的地方也要能夠做到考慮清楚，做到以不變應萬變。

關鍵詞： 力學實驗 平等四邊形定則 讀數

一、力的合成與分解里面有一個實驗，即探究力的合成遵循平行四邊形定則的實驗。這個實驗考試時考到的幾率是比較大的，不管是平時考試還是大型考試，關于這個實驗老師講得不少，學生做的次數也比較多，但是在一些思維認識上還是沒有認識得非常深刻和到位。比如有一道題目是這樣的：在“探究求合力的方法”的實驗時，通過實驗記錄下F1、F2的大小及方向，然后根據測量結果F1、F2在固定于木板上的白紙上畫出F1、F2的力的圖示，其中O為細繩與橡皮筋的結點。那么如圖1中？搖？搖 ？搖？搖是分力F1和F2的合力的理論值；？搖？搖 ？搖？搖是分力F1、F2的合力的實際值。有人認為F是理論值，F′是實際值，有人認為F是實際值，F′是理論值，認為F′是理論值的理由是F'與繩子在同一直線上，是根據二力平衡得來的，所以F′為理論值，而合力與分力遵循平行四邊形定則，所以F為實際值，這種說法很多人覺得很有道理。其實如果這么認識，那么就有一個前提，就是已經承認力的合成遵循平行四邊形定則，仔細想一想，我們要探究力的合成遵循的規律，平行四邊形定則還沒得到，在處理問題時已經用上了，因此如果認為F為合力的實際值就犯了數學上循環論證的毛病。

二、在力學實驗中要去讀力的大小應該說可能性是非常大的，比如讀彈簧秤的讀數，或者讀臺秤的讀數，有的人會說讀數誰不會讀，讀數太簡單了，結果是不是這樣呢？下面我們就通過一道題目探討讀數這樣的問題：有某個同學用了某個實驗裝置驗證“力的平行四邊形定則”結論……圖2中彈簧測力計A的示數為？搖？搖？搖？搖N。自從上學開始只要講到讀數，老師都一再強調讀數時既要有精確讀數，又要有估讀數，也就是說要估讀，可以說在上高中以前每個學生都知道讀數時要注意估讀的道理。比如用最小分度是毫米的刻度尺測長度，讀數時要精確到毫米，然后估讀到毫米下一位。再比如初中就用到了電流表和電壓表，在讀數時老師也一再強調要注意估讀一位，可以說讀數時要估讀已經是一種根深蒂固的思想。有的時候如果讀數時，學生不去估讀的話則老師會扣分，甚至會判為錯誤。我們看這里要讀出測力計的讀數，準確讀數是3.2N，自然而然想到要估讀，實際上在這里測力計的讀數只要讀到3.2N就行了，不一定非要估讀，因為這個實驗本身不可能做到那么精確，所以讀數時沒有那么高的要求。這種情況應該說在物理上也是比較少的。但是筆者認為還有一個地方是讀數時也是只有精確讀數，而沒有估讀數的。比如我們用游標卡尺測長度時，應該是用主尺上的讀數加上游標尺的讀數，而游標尺上的讀數是拿游標卡尺精度乘以第幾根吻合最好n，在數刻度線n時我們就只取整數，而沒有估讀數。也就是說游標卡尺測長度時是沒有估讀數的。

三、探究物體的加速度與質量和力的關系的實驗可以說是比較重要的實驗，考到的可能性也是比較高的。有的問題是經常會考到的，比如實驗原理問題控制變量法，實驗步驟的問題，平衡摩擦力的問題，等等，但是筆者最近碰到了一個可能老師和學生都不太注意到的問題，首先這個題目的意思是這樣的：用導軌及小車等裝置探究小車的加速度與力的關系，……主要有B、C兩個選項：

B將木板一端墊起合適的高度，讓小車系著穿過了打點計時器的紙帶，撤去連著小車的沙和沙桶，先給打點計時器通電，輕輕推動小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動。

C將木板的一端墊起合適的高度，撤去連著小車的紙帶及沙和沙桶，輕輕推動小車，觀察小車在木板上是否做勻速運動。

其他問題都好解決，這道實驗題最大的問題就是在B、C選項里面，而B、C的區別就在于平衡摩擦力時，B認為要系上紙帶，C認為不用系紙帶。平衡摩擦力基本上都已經知道了。上課時我們講為了消除小車受到的摩擦力的影響，可以通過讓導軌或木板有一定的傾角，從而讓重力沿斜面向下的分力把摩擦力抵消了，小車受到的摩擦力只強調是小車與導軌的摩擦，而忽視了紙帶與打點計時器也有摩擦力。實際上準確地講小車受到的摩擦力也應該包括紙帶與打點計時器的摩擦力（如圖3），所以有時還要注意一些細微的地方，如果已經注意到這個問題的話更好，沒有的話，通過這道題目再強調一下也可以。