張利軍

(余姚市第四中學(xué) 浙江 寧波 315400)

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗?zāi)芰κ歉呖家罂疾榈奈宸N能力之一．高中物理實驗包括學(xué)生分組實驗和教師演示實驗.高考實驗考查內(nèi)容要求是來源于學(xué)生實驗而又高于學(xué)生實驗，要能充分體現(xiàn)平時認(rèn)真做過實驗與沒做過實驗的學(xué)生答題時有很大區(qū)別．因此就要求教師在平時的實驗課堂教學(xué)中注意培養(yǎng)實驗動手能力及實驗探究、創(chuàng)新和遷移能力．熟悉平時所做過的每一個實驗，特別是實驗原理及實驗數(shù)據(jù)的處理方法，從而觸類旁通，利用所給的實驗要求進(jìn)行實驗設(shè)計及探究．下面以實驗探究加速度與質(zhì)量、力之間的關(guān)系為例來談?wù)勛鲞@一實驗時的教學(xué)創(chuàng)新．

牛頓第二定律是動力學(xué)核心內(nèi)容．現(xiàn)行高中物理教材刪去了“驗證牛頓第二定律”這一學(xué)生實驗，增加了實驗探究加速度與質(zhì)量、力之間的關(guān)系一節(jié)內(nèi)容．傳統(tǒng)的實驗方案是控制變量，先保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同大小的力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系；再保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系．同時教材提供了一種“雙車位移比較法”的參考案例．但筆者發(fā)現(xiàn)，在實際實驗操作中存在以下兩點(diǎn)不足：

(1)用夾子通過小車后的細(xì)繩來控制小車的運(yùn)動，容易出現(xiàn)松滑現(xiàn)象,導(dǎo)致兩小車啟動與剎車不同步,使得兩車運(yùn)動時間不相等,產(chǎn)生誤差；

(2)小車在斜面上運(yùn)動時容易跑偏而滑落或使小車后的細(xì)繩滑出夾子而失去對時間控制功能．

為了解決上述實驗問題,筆者在實際實驗操作中對實驗器材及實驗方法做了以下改進(jìn)：

(1)把傳統(tǒng)實驗中所用的滑輪斜面小車組合改成滑輪軌道小車組合，這就可以有效地防止小車由于跑偏而滑落；

(2)小車后面的夾子細(xì)繩控制裝置改成紙帶與沾有墨汁的直尺控制裝置.可以利用直尺同時釋放、按壓兩小車后的紙帶來控制小車的運(yùn)動，而后比較兩紙帶上有墨汁標(biāo)記間的長度，即可知道兩小車在相同時間內(nèi)的位移之比．它的好處在于可防止由于夾子的松滑而導(dǎo)致的兩小車的運(yùn)動時間的不相等問題．

實驗方法：如圖1所示，先不掛鉤碼，將滑輪軌道有定滑輪的一端伸出桌面，在軌道的另一端下面墊一小木塊,調(diào)節(jié)木塊的位置,使小車剛好能在軌道上做勻速運(yùn)動以平衡摩擦力．

圖1

(1)探究小車的加速度與所受的拉力的關(guān)系．利用初速為零的小車做勻加速運(yùn)動時有位移公式

當(dāng)兩小車運(yùn)動時間相等時，位移與加速度成正比，從而可把探究加速度與力之間關(guān)系問題轉(zhuǎn)化為探究位移與力之間關(guān)系問題．取兩輛相同的小車并加上相同砝碼，使小車及所加砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于繩上所掛鉤碼的質(zhì)量，分別在兩輛小車的前端通過細(xì)繩掛上2個與3個鉤碼．先用沾有墨汁的直尺按壓住兩小車后的紙帶使小車靜止，再放開直尺使小車同時開始運(yùn)動，一段時間后用直尺同時用力按壓住紙帶，取下兩條紙帶，截取有墨汁始末標(biāo)記間的那段紙帶，分別把它們對折及三折，然后比較它們的長度是否相等，如相等，則表明在小車質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與所受的拉力成正比．

(2)探究小車的加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系．仍用前面的裝置，這次兩輛小車前面通過細(xì)繩掛上相同質(zhì)量的鉤碼，通過加鉤碼的方法使兩輛小車的質(zhì)量之比為2∶3，釋放沾有墨汁的直尺使小車做初速為零的勻加速運(yùn)動，然后按下直尺使小車停止，同樣取下小車后面的紙帶.截取其中有始末墨汁標(biāo)記段，分別把它們?nèi)叟c對折，而后比較它們的長度，如相等，則表明在質(zhì)量不變的情況下,小車的加速度與小車的質(zhì)量成反比．

本實驗的優(yōu)點(diǎn)：

(1)利用滑輪軌道小車組合，有效地防止了小車由于跑偏而滑落的問題；

(2)易于操作, 用沾有墨汁的直尺控制小車的運(yùn)動，避免了用夾子來控制小車的運(yùn)動而引起的兩小車運(yùn)動時間不相等的問題；

(3)實驗數(shù)據(jù)處理方法簡便，避免了大量數(shù)據(jù)的測量、計算，利用位移比值法可以節(jié)約大量課堂時間，省略了加速度的計算，學(xué)生易于且樂于掌握；

(4)實驗現(xiàn)象明顯，演示效果好，容易引起學(xué)生的興趣，可做到師生互動．