“探究加速度與力、質量的關系”實驗中科學方法分析

張巖松

(山東省泰安第十九中學，山東 泰安 271000)

在人教版高中物理必修第一冊中，第四章第二節是“實驗：探究加速度與力、質量的關系”，要求學生提出猜想，進而設計實驗，進行數據采集與處理，得出結論，該實驗中蘊含著豐富的科學方法。

1 控制變量法

該實驗利用了控制變量的科學方法，在物體質量一定時，探究其加速度與所受合外力的關系；在物體所受合外力一定時，探究其加速度與質量的關系，從而得出牛頓第二定律：F=Ma。

2 補償法

實驗裝置如圖1所示，用墊塊把木板的一側墊高，以補償打點計時器對小車的阻力及其他阻力。具體做法是：通過移動墊塊來調節木板的傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板做勻速運動。補償的目的主要是平衡摩擦力，實驗中應注意：(1) 在定滑輪下不要掛砂桶。(2) 平衡好摩擦力之后，改變小車質量時，不需要再重新平衡摩擦力。

圖1

3 近似方法

4 等效替代法

在平衡了摩擦力之后，小車受到的合外力等于細線的拉力F。由于M?m，小車受到的合外力可以用砂和砂桶的重力mg來代替，運用了等效替代法。

5 圖像法

該實驗在利用所測得的數據進行探究加速度與力、質量的關系時，利用了圖像法，圖像法具有形象直觀的特點，可以方便學生自主得出結論。

6 化曲為直法

圖2

圖3

7 擬合法

圖4

8 誤差分析方法

任何實驗都存在誤差，誤差是不可避免的，下面就本實驗中存在的誤差進行分析。

(1) 系統誤差

(2) 偶然誤差

偶然誤差是人為因素造成的，能夠設法減小。本實驗的偶然誤差存在于以下三個方面：

① 摩擦力平衡不準確。偶然誤差減小措施為：調節木板的傾斜度，使打點計時器打出的紙帶點跡間隔盡量均勻。

② 質量、計數點間距離的測量不準確，偶然誤差減小措施為多次測量，取平均值。

③ 作圖不準確。偶然誤差減小措施為：在描點作圖時，使盡量多的點落在直線上，不在直線上的點盡量均勻分布在直線的兩側，舍去離直線較遠的點。

另外，求加速度時需要利用逐差法，即利用公式xn+3-xn=3aT2計算加速度，可以減少偶然誤差。

9 結語

對于探究實驗，探究的手段和方法很多，但是原理是不會變化的，正所謂“萬變不離其宗”。因此，無論哪個實驗，無論采用何種科學方法，都要首先弄懂實驗原理，實驗原理是實驗的靈魂。

挖掘實驗中蘊含的科學思想和方法，它的意義超越了實驗本身。這些思想和方法是人類在認識自然規律的過程中形成的，它閃爍著人類智慧的光芒，能夠把遮住真理的黑暗照亮，是一代代科學家集體智慧的結晶。學生在理解和掌握這些科學思想和方法后，將會遷移、運用在學習、生活的方方面面，無論將來從事什么職業，都會有所幫助和啟迪。