力學實驗中幾類圖線彎曲的原因探析

安曉東

摘 要：高中實驗對學生動手能力的培養具有重要影響。而結合力學實驗實際情況，就高中力學實驗中幾類圖線彎曲的原因進行了分析，提出了影響因素，以供參考。

關鍵詞：力學實驗；圖線彎曲；原因探析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0218-01

中學物理實驗被作為較為重要的課程，各個學校對其視為重要課程被教學。但對于該課程而言，物理實驗過程涉及多方面的知識及技能，同時也與學生動手及操作能力息息相關。作為學生，做好對實驗課程的預習及掌握原理，有助于提高學生對實驗的掌握程度，對于控制實驗、掌握實驗及避免實驗危險的發生具有一定的作用。而基于目前實際情況，在實驗中認真實驗，而在數據分析處理中，圖形繪制中難免會出現原本應是直線的結論莫名出現有規律的彎曲，且成拋物線形式，這對數據分析造成的困擾。常見的實例如下分析與說明。

1 力與加速度實驗裝置數據分析中所存在問題說明

關于力與加速度的關系，其基本實驗方式下所示：選取8各質量一致的砝碼，略微調節木板高度后，在掛鉤上掛幾個砝碼，其余砝碼放于小車上，打開紙袋并記錄懸掛砝碼的個數；依次將小車上的砝碼均勻移至掛鉤上，更換紙帶并測出每個紙帶對應的小車加速度U，具體實驗圖例如圖1所示。

分別對上述數據進行記錄，具體數據如下表1所示，通過對表1數據進行分析作圖，如圖2所示。

根據實際情況，按照正常情況，數據分析結果應如圖2所示，即所得的數據應為一條直線，但通過試驗中，可能會出現一種曲線的可能[1][2]。但對于該列問題，應該如何處理，教師在實際教學中雖然進行了說明，但具體還需學生了解與掌握，以實現對該實驗的正確掌握。其實，對于該問題，結合教材，在研究加速度與力、質量的關系時，其研究對象為小車，但如果將砝碼、小車及小車與木板之間的摩擦作為整體進行研究，可存在較多的影響因素。如視小車質量為M，掛鉤掛物為m，當M遠大于m時，其整體質量主要由M決定，此時，即便是力發生變化，仍可視為整體質量M不變，在此時，所得的直線應為直線。而隨著M的減輕及m的增加，受摩擦力的影響可能出現輕微曲線的可能。

結合以上分析，總體來講，在研究加速度與質量關系時，其目的在于幫助學生正確研究運動與力的關系，而對于學生來講，初學牛頓定律，所采用的研究方法可能存在不恰當之處，或者在理解上所存在一定的難度，為滿足學生要求，教材在編寫上將不易理解的問體通過實驗的方式進行展示，能起到一定的作用[3]。學生應該采取很好掌握，學會如何分析應對，以便該類知識能夠更多的被學生所接受并取得較好的效果。

2 研究速度與時間變化規律中的直線彎曲情況說明

力學實驗中，速度與時間的變化規律實驗對學生掌握力學關系及深刻了解物理公式，增強記憶具有重要意義。而學生在實際實驗過程中，由于多方面的因素，同樣存在彎曲的可能性，加之學生對數據分析能力弱，難免造成學生對理論知識的了解不充分，影響學生的判斷，且對知識理解存在一定障礙。具體情況如下分析：

如人教版教材對速度與實踐關系的實驗進行了以下的設計，具體示意圖與圖1基本相同，但不需要在掛鉤及小車上放置砝碼，試驗中需要保證的就是能夠是小車發生勻變速運動即可[4]。這一實驗，實際過程中較好控制，但對數據進行分析處理中，實驗所得數據容易出現接頭彎曲的情況，具體分析圖片如圖3所示；以上兩種情況，學生在分析中存在張冠李戴的情況，如圖中，甲反應了在一次勻變速運動中速度V隨時間變化的規律，而乙則反映了多次勻變速運動中a隨F變化的規律。如何出現這種彎曲情況，甲圖中反饋出a受某種作用力的影響而慢慢變小，其可能原因是由于實驗過程中定滑輪的調節不當所導致，即拉線與板面不平行所致，從而使得拉力在水平分力上越來越小，從而導致了以上兩種情況的發生[5]。因此，作為學生，在實驗預習及實驗過程中應控制該類情況的發生，其可有效避免數據不協調而導致的對實驗結果產生影響，誤導學生對知識的理解。

3 研究機械能守恒定律中的Ek-h關系中的圖形彎曲情況說明

機械能守恒定律是高中物理中重要的理論依據，也是高考中必考的基本原理，所占的比分較重，且不易理解。對于該實驗，對實驗結果造成影響的因素主要有以下兩種，即阻力；即在無阻力的情況下，所得直線的斜率應為合力，即mg；如差異結果不大，則測試所得數據應為直線，實驗數據符合理論要求。但當將以上的重錘改為鋁錘等，且在上面設置擋風板，實驗所得的數據可能得到的圖形將變成曲線形式[6]。如實驗過程中，開始一段時間，所得速度較小，阻力也小，可以說，兩者之間的合力應為恒力，即為一條直線，但隨著時間的變換，速度逐漸增大，相應者，阻力也會變大，合力即會隨著時間的變化而越來越小，其最終結果將可能導致數據呈曲線分布。

4 三類彎曲的實驗小結與匯總分析

針對以上三種實驗中所得的結果，可以將實驗所得數據出現的情況分為以下幾種情況，首先，先直后曲類，即由于實驗中受力情況發生變化，其實驗所得的函數曲線也就出現先直后曲的情況，其結果導致的原因主要是合力變化所致，實際實驗中，學生應關注該類問題。其二，近視直線類，即所得的數據能夠真實反映函數的基本情況，所得數據也近似一條直線，可以認為，該類問題主要是由于數據測試誤差所得，總體來講，實驗符合要求。而另一類，所得的線性為非直線，即結果可能是一條曲線，其測試結果應靈活處理，排除函數本身非線性外，應從實際實驗過程中進行考慮與分析，以查找原因并采取一定措施進行處理，以保證實驗結果的正確性及可靠性。

參考文獻

[1]李勇，王文娟.高中物理實驗教學的幾點思考[J].中國教育技術裝備，2013，（14）：56.

[2]張訓池.如何做好高中物理實驗教學工作[J].電子制作，2013，（04）：48.

[3]王志民.我的有效教學觀[J].吉林教育，2012，（33）：67-68.

[4]蘇秀民.例談高中物理實驗的改進[J].中國教育技術裝備，2012，（32）：32.

[5]謝劍龍.高中物理實驗教學途徑與方法探究[J].中國校外教育，2012，（23）：29.

[6]酈劍鋒.新課程背景下提高高考物理復習效率的有效措施[J].現代閱讀（教育版），2012，（06）：51.endprint