用斜面小車驗證牛頓第二定律的誤差處理

江蘇省海安雙樓中等專業學校 丁孝華

做好用斜面小車驗證牛頓第二定律的誤差處理研究工作，有利于保持中職物理良好的教學狀況，使得其教學工作開展能夠達到預期效果，并加深學生對該知識點的理解。因此，中職物理教學過程中教師應給予用斜面小車驗證牛頓第二定律的誤差處理工作更多地關注，以便豐富其教學內容，實現對學生物理能力的科學培養。

一、實踐中平衡運動系統的阻力分析

在平衡系統實踐應用過程中，因偏平衡因素的存在，使得該系統受到了一定的影響，需要采用平衡方式對偏平衡因素進行科學處理，即平衡系統的運用實現了一個檢測物理量對另一個物理量的抵消。因此，在開展牛頓第二定律驗證工作時，需要對運動小車在斜面運動過程中產生的摩擦助力、紙帶在打點計時器作用下所受到的摩擦阻力進行充分考慮，從而了解牛頓第二定律實驗研究中其運動系統所受的阻力來源。同時，為了獲得科學的牛頓第二定律實驗結果，則需要注重平衡運動系統的阻力減少方法的合理使用。這些方法包括以下方面：

1.牽引法。在這種方法使用過程中，需要在實驗臺上放好斜面裝置，并將打點計時器安裝在指定位置，連接好紙帶與小車，開展相應的分析工作。在此期間，繩子的兩端應分別連接在砂桶與小車上，并將適量的細砂放于砂桶中，促使小車在斜面水平上處于勻速運動狀態。此時，小車所受的摩擦阻力與線繩對小車的拉力是相同的。在確定小車所受摩擦阻力的過程中，因其摩擦阻力大小與小車質量的變化密切相關，需要實驗操作人員注重實驗中小車質量變化分析及牽引砂桶重量的調整，從而達到摩擦阻力平衡的目的。

2.傾斜斜面法。在這種方法使用過程中，只需做好打點計時器、斜面及紙帶的設置工作，避免了使用牽引繩。實際操作中需要在打點計時器安裝的位置出用木塊墊高，進而通過對斜面傾斜角度的調整，使得小車能夠處于勻速運動狀態。在傾斜斜面法的支持下對小車所受的摩擦阻力進行分析時，應確定斜面方向上小車的下滑力，即該下滑力等于小車運動中所受的摩擦力與紙帶所受摩擦力之和。同時，當小車質量發生變化時，實驗操作人員需要根據實際情況對斜面傾角進行及時調整，從而達到小車運動中平衡阻力的目的。

3.綜合分析法。在這種方法使用過程中，為了使小車在斜面上能夠處于勻速運動狀態，則需要在不帶紙帶的前提條件下，對斜面傾角進行有效調整。在此期間，小車運動過程中所受的摩擦力與其在斜面上的下滑力是相同的。當小車運動過程中的斜面傾角不變時，其摩擦力大小與小車質量變化密切相關。因此，需要實驗操作人員在綜合分析法的支持下，采取再次裝上紙帶的方式，借助牽引法的應用優勢來實現摩擦阻力的平衡處理，從而得到理想的實驗分析結果。

二、實踐中研究對象的確定與合力的測定分析

用斜面小車驗證牛頓第二定律的誤差處理過程中。當平衡運動系統的阻力處理工作完成后，需要通過對不同研究對象的合理選擇，完成相應的合力測定工作，從而提升牛頓第二定律的誤差處理工作水平，應提升斜面小車驗證方式的潛在應用價值。具體表現在以下方面：

1.注重重量替代法的合理使用。該方法支持下的研究工作開展，需要將小車視為研究對象，且在明確砂桶重量的前提條件下，代替牽引繩對小車的牽引力，從而獲得所需實驗分析結果。在此期間，需要將理想狀態下的小車及車上砝碼的總質量、砂桶的質量分別看作M、m，且實驗中小車所受的拉力大小F為：

式（1）中，小車所受的拉力F（來自牽引繩）若被砂桶的重量M取代后，由于M=mg，與F大小并不相同，則會產生系統誤差，且其大小為：

式（2）中的這種誤差在驗證牛頓第二定律過程中是客觀存在的，無法消除。但是，這種誤差可以減小，可采用這樣獲得措施：砂桶的質量要遠小于小車的質量，即m＜M。因此，在基于重量替代法的實驗分析工作開展中，為了減少實驗誤差，則需要使砂桶的質量遠小于小車質量。

2.重視系統分析法的高效利用。這種分析方法使用中是將小車與砂桶看作了一個整體，且將其作為研究對象來進行研究的。該整體作為研究中所關注的運動系統，其質量M系等于砂桶質量m、小車與車上所加砝碼質量M的總和。研究中運動系統所產生的加速力合力F系與砂桶的重量是相同的，即F系=mg，從而避免了系統誤差產生。

在系統分析法運用過程中，若其質量保持不變，則系統變受力過程中需要注重小車和砂桶之間砝碼的位置變化，同時，需要通過在小車上加減砝碼，且砂桶質量保持不變的前提條件下，加強小車加速度與質量的關系分析。實踐中采用小車上多放置砝碼的方法，能夠使其質量增加，從而減少誤差，實現對牛頓第二定律的有效驗證。

綜上所述，在牛頓第二定律誤差處理分析過程中，若能通過斜面小車使用進行驗證，則有利于增強該物理定律的誤差處理效果。因此，中職物理教師在自身的教學工作落實中選用有效的方法來驗證牛頓第二定律的誤差處理是否科學時，應重視斜面小車運用，從而優化中職物理教育教學方式。