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

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。） _： 1廖伯琴.普通高中课程标准实验教科书物理1（必修）.济南：