創新實驗設計探究動能定理

于曉寧

探究動能定理既是高中物理中一個重要的探究性實驗，也是一個驗證性實驗．教材中設計方案如圖１所示，通過改變相同的橡皮筋的條數即改變拉力對小車做的功，測出相應小車最終獲得的速度，再通過數據分析達到實驗探究的目的．本文通過改變實驗原理、實驗條件、實驗器材，創新實驗設計，探究動能定理．

１ 改變實驗器材與裝置

作用在小車上的拉力可通過拉力傳感器來測量;小車的速度可通過光電門來測量;為減小摩擦阻力，可用氣墊導軌代替木板．這些改進可以減小傳統實驗方案中的測量誤差，得到更為精確的探究結果．

１ 為了探究動能定理，某實驗小組設計了如圖２ 所示的實驗方案．利用無線力傳感器和光電門分別測拉力和速度，力傳感器、擋光片固定在玩具小車上，玩具小車通過一繞過定滑輪的不可伸長的細線與小桶相連，無線力傳感器可以記錄細線對小車的拉力．A 、B 兩個光電門固定于水平軌道上．可以通過在小車上加砝碼來改變其質量，在小桶中加槽碼來改變細線的拉力大小．

（１）請回答以下問題：

① 用天平測量小車、擋光片以及力傳感器總質量M ，安裝實驗儀器．反復調節導軌傾角至合適角度，以補償小車阻力．在導軌上合適位置放置小車，打開光電門，輕推小車，使小車沿導軌運動，若____，則小車做勻速運動，說明已經達到補償阻力的目的．

② 在力傳感器上系上細線，并將細線繞過定滑輪與小桶相連;將小車放置在圖中的C 點處，然后釋放小車，在細線拉力作用下，小車開始加速運動，記錄小車經過兩個光電門的時間，計算小車經過兩個光電門時的速度，讀出力傳感器的拉力，除此之外，本實驗還要測量的物理量是_____．

本題探究機械能變化量與力做功的關系，改變了探究動能定理的實驗方案與目的，體現了實驗的拓展性、開放性、探究性等特點．

總之，探究動能定理的實驗創新設計始于對傳統實驗裝置、測量手段及實驗數據處理方法的改進，創新的目的是減小實驗誤差，便于實驗操作;創新的視角主要體現在改變實驗研究對象，改進實驗測量手段與測量技術，創新用圖像處理實驗數據的方法與技巧