高中物理力學實驗中常見的故障

劉卓然

摘 要：高中是一個重要的階段，高中物理作為高中學科中重要的課程之一，能夠幫助同學們了解力學，了解生活中力的形成和相互作用，高中的物理學與初中相比所涉及的范圍更廣，內容更加豐富，其中力學是物理學中比較重要的學習內容之一，而在力學的學習中不僅有課堂中的理論課程，還需要有力學實驗，以幫助學生能夠更好地理解力學，并通過力學實驗使學生了解到力學如何在生活中進行運用。在力學的實驗中也會存在各種故障，本文就高中物理力學實驗中常見的故障進行研究，具體內容如下。

關鍵詞：高中物理；力學實驗；故障

高中是一個重要的時期，是我們學生面臨人生第一重大轉折的時期，也是培養獨立學習的重要時期，因此高中的學習方法對于學習成績有著重要的影響。高中物理尤其對于理科生來說是一門重要的課程，在物理學的發展中物理學實驗起到了重要的推動作用，在物理學的發展中占有重要地位。在物理教學中物理實驗成為了不可或缺的一部分，在學習的過程中學生不僅需要學習理論知識，更需要掌握物理實驗方法，尤其在力學的學習中，實驗占有比較重要的地位。但在力學試驗中也會存在一些故障，本文就引發物理力學實驗的故障進行如下分析。

1 實驗裝置和實驗方法設計不足引發的故障

在進行物理力學實驗時需要進行實驗設計，而方案的設計需要學生依據實驗的原理和實驗所需要的步驟、儀器等進行。但在實際的設計中，學生們總會由于多種原因而使得實驗設計存在問題，從而引起各種故障。以下就對可能出現的故障進行分析。

1.1 實驗裝置的設計不足引發的故障

在進行實驗時，根據所做實驗的不同，選擇不同的裝置，而設計者要充分考慮到實驗所需要的各種裝置和設備，如進行“牛頓第二定律”的驗證時，它存在的常見故障：根據實驗所得出的數據進行圖像的繪制，繪制完成后是一條曲線而不是直線。而出現這樣的故障就是因為實驗設計上存在的問題，理論上小車所受的拉力以F=mg計算（m為砝碼質量），但在實驗中小車的實際所受拉力以F=M/（M+m）mg（M為小車質量）計算，產生的相對誤差為|F-F/F|=m/M[ 1 ]。實驗要求M要大于m，但是在本次實驗設計中對于M和m補鞥能夠很好的控制，因此會出現實驗故障。

1.2 實驗方法的設計不足引發的故障

在進行實驗前首先需要對實驗進行設計，但在設計的過程中也可能因為設計者考慮不夠充分，導致試驗中出現故障。如在進行“探究功與速度的變化關系”中，當重物質量逐漸增大后在實驗中也會與小車的質量存在差異。即使將實驗裝置改進也只能減小誤差，實驗后的數據與理論數據還是存在著較大的差距[ 2 ]。而且其中對打點計時器和紙帶放置的關系以及重力的關系，若不能夠很好的進行控制和調節，則就會導致其打點不準確，不能夠很好的得出實驗的準確結果。

2 儀器本身導致的實驗故障

儀器是進行實驗的基礎，是實驗的依托，對于一個實驗來說，良好的，合適的實驗儀器能夠保證一半的實驗的成功，其中儀器的大小、形狀、功能、物理性質等均是影響實驗的關鍵因素，因此在進行實驗前要選擇好儀器。

2.1 儀器幾何性質的不足導致的故障

力是相互的，當物體受力時都會發生變形，只是變形的程度不一樣，當實驗中的變形程度較為明顯時我們可以直接用肉眼看到，但一些極較為細小的變化有時需要借助其他物質的改變進行觀察，如對于“顯示玻璃瓶的微小變形”試驗來說，通過對玻璃瓶進行擠壓，觀察玻璃瓶中液面的上升或下降現象來反映實驗中需要了解的參數的變化，而當體積相同的液體倒入較細的玻璃管時，玻璃管受到擠壓則液面上升越明顯，當倒入較粗的玻璃瓶中進行擠壓時，則液面的變化則不明顯。因此實驗的儀器選擇也會影響到實驗的結果。

2.2 儀器物理屬性的缺乏導致的故障

在物理實驗中，儀器是必不可少的，但儀器的物理屬性也是比較重要的，在研究“自由落體”運動時，由于打點計時器進行實驗常會引發多種故障，所以在課堂上老師大多會選擇利用數字計時器來測定重力加速度，但是它存在的缺點是當電流切斷后，電磁鐵的磁性消失需要一段時間，導致下落時間與實際值相比較大，形成誤差。為實驗中消除上述誤差，可以在實驗時測定小球通過兩光電門之間距離所用的時間，來避免測定小球開始下落的時刻[ 3 ]。

3 儀器組裝導致的實驗故障

組裝儀器對于實驗來說也是比較重要的，若學生對實驗理解不足，則可能導致實驗儀器在組裝過程中出現問題，影響實驗的結果。

儀器組裝的順序引起實驗故障：在對儀器的組裝過程中儀器的組裝順序對儀器的使用具有較大的影響，如對于重力加速度的計算，若根據紙帶上的打點間距來計算，則可能由于儀器裝反而出現故障。但在實驗過程中總會出現紙帶上沒有點的情況，將復寫紙更換后，仍然出現同樣的現象。檢查后的發現是由于紙帶壓在了復寫紙的上面。就會使得實驗結果不準確，但在試驗中這樣的情況很常見，因此在對儀器進行安裝時要注意其順序。

4 結語

在物理力學試驗中影響實驗結果的因素有很多，從本文的研究中可以看出實驗的儀器、實驗的設計、實驗儀器的安裝等均影響著實驗的結果，因此在試驗中學生要注意實驗所用的儀器以及操作方法，同時要充分了解所做的實驗，減少實驗故障的發生。

參考文獻：

[1] 張焱，李春密.高中物理力學實驗中常見故障淺析[J].教學儀器與實驗，2014，07：43-45.

[2] 徐煜凱.常見故障在高中物理力學實驗中的分析[J].中學生數理化（學習研究），2016，10：69.

[3] 陳名霞.高中物理力學實驗有效教學的探索[D].福建師范大學，2015.