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1、口 顾 为 强 物理探究性实验的 目的是让学生在探究 的基础上体悟， 悟出科学思想和方法， 并总结 出物理规律 ， 培养分析问题 、 解决问题的能力 和创新精神 “ 探究加速度与力、 质量的关 系” 是通过 实验引导学生得 出牛顿第二定律 的基础 ， 实 验思路是 通过控制变量 完成一 系列 探究实 验 ， 分别得 出( 1 )物体所受合外力 F一定时 ， 物体的加速度 a和质量 T n的关 系， ( 2 )物体 质量 T I 一定时 ， 物体的加速度 a和物体所受 合外力 F 的关 系， 从而得 出加 速度与力 、 质 量的关系 下面介绍几种探究方案 方 案一 1 实验器材 小车、 附有定滑
2、轮 的长木板 、 砝码 盘、 砝 码 、 天平 、 打点计 时 器、 交 流 电源 、 纸 带、 刻 度尺 2 装置如图 1 小军 打点计时器 砝 码 图 1 3 步骤及数据处理 ( 1 )用天平测 出小车及砝码盘的质量分 别为 M 和 ( 2 )按装置图把实验器材安装好 ， 砝 码 盘先不和小车相连 ( 3 )平衡摩擦力 ， 在长木板不 带定滑轮 的一端垫上木块 ， 反复移动木块的位置， 直至 小车在木板上匀速运动 ( 4 )将砝码盘用细绳通过定滑轮系在小 霪 一 车上 ， 并在砝码盘中放上砝码 ， 接通 电源 ， 放 开小车 ， 打点计时器在纸带上打下一系列点 ， 取下纸带， 标上编号，
3、并分别记下小车 、 砝 码 盘及砝码 的质量 ( 5 )保持小车质量不变 ， 在砝码盘 中加 砝码 ， 再做几次实验 ( 6 )实验算 出每条纸带对应 的加速度值 ( 逐差法或作 图法) ( 7 )用纵坐标表示加速度 a ， 横坐标表示 砝码盘及砝码的总重力 ， 描点作图， 若图线是 一条直线 ， 就得到小车质量一定时， 小车加速 度与其受到的合外力成正 比 ( 8 )保持砝 码盘 及盘 中砝码 的质 量一 定 ， 即保持小车受到的外力一定 ， 在小车上加 砝码 ， 重复上面的实验， 通过纸带求出相应 的 加速度， 用纵坐标表示加速度 a ， 横坐标表示 小车及车内砝码的总质量 的倒数 ， 描
4、点作 图， 若图线是一条直线， 表明合外力一定时， 小车 加速度与小车( 含砝码) 质量成反 比 4 注意事项 实验过程中为了减小误差， 应使砝码盘 ( 含砝 码) 的 质量 远 小 于小 车 ( 含 砝码 ) 的 质量 5 改进与引申 在小车上固定一个弹簧测力计 ， 将小车 和测力计看成整体 ， 测 出其质量作为小车 的 质量 ， 平衡摩擦力后 ， 用弹簧测力计的读数表 示小车受到的合外力 ， 这 比用砝码盘 和砝码 的重力表示小车受到的合外力更准确 ； 由于 弹簧测力计在小车处于运动过程 中， 读数有 困难 ， 所以有条件的话 ， 可用力传感器代替弹 簧测力计 本方案的优点 ： 通过实验让
5、学生体悟控 制变量法 的一般布骤 ， 掌握处理数据 的常规 方法 ， 通过分析误差原因， 制定减小误差 的方 案 ， 较为准确地完成实验 目的 方案二 用如图 2 所示 的装置“ 探究加速度与外 力 、 质量 的关系” ， 步骤及数据处理如下： 图 2 ( 1 )取两个质量相 同的小车 ， 放 在光滑 的水平面上 ( 2 )小车 的前端分别拴上细绳 ， 绳 的一 端跨过定滑轮 ， 各挂着一个砝码盘 ， 砝码盘里 分别放着数 目不同的砝码 ( 3 )用天平分别测出两个砝码盘及砝码 的总质量 、 ( 4 )在小车 的后端各系上一根细绳 ， 一 起用夹子夹住 ( 5 )打开夹子 ， 让 两小 车在不
6、同的拉力 作用下 ， 同时从静止开始做匀加速运动 ， 经过 一段时间后关上夹 子， 让 两个小车 同时停下 来，测出两小车在相等时间内的位移 1 ( 6 )根据 z 一 一 a t 。 得 ： n 1： 以 2 一Iz 1： 3 7 2 ， 厶 比较 ： Y I I 1 g： m2 g和 3 7 1： ,Z 2 ， 若 ： 。 一 l： 。 ， 说明小车质 量一 定时 ， 加速度与合外力成正 比 ( 7 )保持 两砝码盘及砝码质量相 同， 即 小车所受合外力相同， 分别在两小车 中加不 同砝码 ， 并测 出砝码和小车总质量 M 、 M2 ， 重做步骤( 5 ) 1 ( 8 ) 根据 z 一n
7、得： n l ： 以 2 一Lz 1 ： z 2 ， 比较 M1 ： 和 1 ： z 2 ， 若 M： = z： 3 7 ， 说 明小车受到合 外力一定时， 小车的加速度与小车质量成 反 比 本方案的优点是数据处理简便 ， 不需要 计算加速度数值； 只需要寻找比例关系， 就可 以得到探究的加速度与力、 质量的关系； 不足 之处是实验数据较少 ， 木板和小车之 间不可 能绝 对 光 滑 ， 误 差 较 大 ， 不 便 于寻 找 探 究 结论 方案三 给定的器材如下 ： 一倾 角可以调 节的光 滑的长斜 面、 小车 、 计时器 、 米尺 ，用如 图 3 所示的装置 “ 探 究加速度 与外力、 质量
8、 的关 系” ， 步骤及数据处理如下 ： 圈 3 ( 1 )让小车 自斜面上方一固定点 A 从 静止开始下滑至斜面底端 Az ， 记下所用的时 问 t ( 2 )用米尺测量 A 与 Az 之间的距离 ， 则小车的加速度 血 一 ( 3 )用米尺测 量 相对 于 A2的高度 设小车所 受重力 为 mg， 则小车所受 的合 外力 F= = = g s ( 4 )改变斜面倾角， 重复上述测量 ( 5 )以 h为横坐标 ， 为纵坐标 ， 根据实 验数据作图 ， 探究“ 当质量一定 时， 加速度与 外力的关系” ， 如能得到一条过原点 的直线 ， 则可以得到“ 当质量一定时， 物体运动的加速 度与它所受
9、的合外力成正比” 这一规律 ( 6 )改变 和 h， 且保持 mh不变， 重复 上述 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 )测量 ， 记 下 每次实 验 的 和 t ( 7 )以 为横坐标 ， 为纵坐标 ， 根据实 验数据作图 ， 探究“ 外力一定时， 加速度与质 量的关系” ， 如能得到一条过原点 的直线 ， 则 可以得到“ 外力一定 时， 加速度 与质量成 反 比” 这一规律 本方案的优点是计算加速度数值简便 ， 嘞 黜 L m k ,e f Y lf f臌 f ,i2 a m i l l 通过图像寻找探究规律直观形象 ， 容 易寻找 到规律 ； 不足之处是 ( 1 ) 木板和小车之间不可 能
10、绝对光滑 ， 但实验中未平衡摩擦力( 2 ) 时间 的测量误差较大 ， 不便于寻找探究结论 方案四 与打点计时器一样 ， 光 电计时器也是 一 种研究物体运动情况时的常用计时仪器， 如 图 4 一甲所示 ， 、 6分别是光电门的激光发射 和接收装置 显示屏 甲 图 4 用如图 4 一 乙所示的装置“ 探 究加速 度 与外力、 质量的关系” ， 步骤及数据处理如下 ： ( 1 )在滑块上安装一遮光板 ， 把 滑块放 在水平放置的气垫导轨上 ， 通过跨过定滑轮 的细绳与钩码相连 ， 连接好 1 、 2 两个光电门 ( 2 )在 图示位置释放滑块后 ， 光电计 时 器记录下滑块上的遮光板先后通过两个
11、光 电 门的时间分别为 、 。 已知滑块 ( 含遮光 板) 质量为 M、 钩码质量为 、 两光 电门间距 为 s 、 遮 光板 宽 度为 L、 当地 的重力 加速 度 为 ( 3 )计算出滑块先后通过两个光 电门时 r 的瞬时速度为 一 、 。 一 ， 滑块运动的 l 2 22 加速度为 a 一 厶 ( 4 )保持滑块( 含遮光板) 质量 M 不变 ， 改变钩码质量 m， 重复上述实验 ， 得到几组滑 块运动的加速度 n及钩码重力 ( 5 ) 用纵坐标表示滑块加速度 “ ， 横坐标 表示钩码重力 g， 描点作图 ， 如能得到一条 过原点的直线 ， 就得到滑块质量一定时 ， 滑块 加速度与其受到
12、的合外力成正 比 ( 6 )保持钩码质量 不变， 改变滑块 ( 含 遮光板) 质量 M， 重复上述 ( 2 ) 、 ( 3 ) 实验 ， 得 到几组滑块运动 的加速度 。及滑块 ( 含遮光 板) 质量 M ( 7 )用纵坐标表示加速度 以 ， 横坐标表示 滑块( 含遮光板 ) 质量 M 的倒数 ， 描点作 图， 若图线是一条过原点的直线 ， 表 明合外力一 定时， 滑块加速度与滑块( 含遮光板) 质量 M 成反比 注意事项 ： 实验过程中为了减小误差 ， 应 使钩 码质 量 远小 于滑 块 ( 含 遮 光板 ) 质 量 M 本方案的优点是计算加速度 比较准确 ， 但数据处理较繁 上述几种探究方案实验 目的相 同， 但 由 于实验原理、 实验器材 、 方案各不相 同， 导致 实验数据处理方法 、 注意事项 、 实验误差各不 相同我们应根据实验器材 ， 综合考虑各方 面的因素， 设计合理 的实验方案其 中方 案 一为常规方案
