探究牛顿第二定律实验 对新教材中牛顿第二定律探究实验探讨与创新

　　摘 要：本文指出山东科学教育出版社出版的普遍高中课程标准实验教科书《物理1》（必修）106页介绍牛顿第二定律实验探究的不足之处，并加以改进，实验证明，改进后的实验方案要优于原方案。
　　关键词：新教材物理 牛顿第二定律 探究实验 探讨 创新
　　
　　山东科学教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《物理1》（必修）（以下简称教材）106页介绍牛顿第二定律实验探究（如图1），简要探究过程如下：
　　（1）将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力的分力来抵消摩擦力，以使小车不挂重物时恰能做匀速直线运动；
　　（2）挂质量远小于小车的重物，可近似认为小车受到的合力等于重物所受的重力；
　　（3）保持小车的质量不变，改变重物的质量，探究加速度与物体受力的关系（如表1）；
　　（4）保持重物的质量不变，改变小车的质量，探究加速度与物体质量的关系（如表2）.
　　
　　1 教材实验方案存在的不足
　　（1）用重力的分力来抵消摩擦力，以使小车不挂重物时恰能做匀速直线运动，那又如何判断小车是否做匀速直线运动了？
　　（2）在探究加速度与物体受力的关系时，保持小车的质量不变，改变重物的质量，使系统总质量、受到的合力都发生改变，这无疑是增大实验误差。
　　（3）在探究加速度与物体受力的关系和加速度与物体质量的关系时，根据教材设计至少要打10条的纸带，当然还不包括那些打不清楚不能分析的纸带，学生能否在有限的时间内完成实验，并对结果进行分析？
　　（4）纸带与打点计时器间的摩擦是否很小不用考虑？
　　针对以上几点不足，笔者在原有实验基础上稍做改进，却效果颇佳，具体如下：
　　2 对实验改进
　　2.1 实验装置与原理
　　如图2所示，在长木板A、B处安装光电门A、B，AB间距0.5m，物体经过光电门后可算出经过A、B时的速率，由于物体受在运动过程中受力恒定，故加速度也恒定，也即在AB过程加速度满足a= ，所以实验只要记录小车经过A、B两点的瞬时时间。
　　2.2 实验方法（简要步骤）
　　（1）用重力的分力来抵消摩擦力。将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，轻推小车使小车经过光电门A、B，如若t
　　（2）探究加速度与物体受力的关系。挂上重物后将小车由静止释放，得到一组t 、t 值，逐一取下当作重物的钩码，并将取下的钩码放到小车上（原因：整个系统满足mg=Ma，系统总质量保持不变，加速度与挂的物体质量成正比），重复几次实验，每次小车在同一位置由静止释放，将几次实验数据填入表3中并根据 算出小车在A、B速率，再根据a= 算出物体的加速度。
　　（3）探究加速度与物体质量的关系。保持合外力F不变，即保持所挂重物的重力不变，测出小车的质量，挂上重物后将小车由静止释放。通过在小车上叠放砝码的方法改变小车的质量，重复几次实验，每次实验时将小车从同一位置释放。将几次实验的数据填入表4（与表3类似，由于篇幅关系笔者没有列出）中并根据 算出小车在A、B速率，再根据a= 算出物体的加速度。
　　（4）数据分析与处理。这一点教材已经做得很好了，笔者也就不赘述，具体参考教材第108页中的相关内容。
　　
　　3 本实验的特点
　　
　　3.1 本实验加入了光电门光电门测速率使实验更显方便、直观，也能让学生在有限的时间内更好的完成本探究实验，并能体验用光电门测速率的方法。
　　3.2 在探究加速度与物体受力的关系时，用整体法有效地解决现有的实验方案中要求重物质量要远小于小车，且测量又带来误差这一不足。
　　3.3 本实验中只要认真调节数据选取合适实验误差较小。
　　最后，本实验方案有效地解决了现有实验方案存在的不足，并减小了实验的系统误差，提高了实验的精确度，实验也更具有可操作性，学生更容易理解、操作。笔者希望教材再版时能对现有的实验方案稍加改进，使物理探究实验更贴近学生实际，也体现物理教材更具科学性。
　　（注：由于实验中加入了光电门，平时学生又较少接触，教师在课前应对其测速率原理再做必要的讲解、回顾。）
　　
　　参考文献：
　　[1]廖伯琴.普通高中课程标准实验教科书《物理1》（必修）.济南：山东科学技术出版社，2005.
　　
　　注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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