浅析牛顿第二定律实验的改进

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  1 牛顿第二定律实验作用与地位
  牛顿第二定律是人教版《高中物理新课标教材·必修1》中的第四章第二节实验:探究加速度与力、质量的关系.该实验是联系力学与运动学的桥梁、纽带,是中学物理的核心内容之一.而牛顿第二定律实验是加深对该定律理解与掌握的必要手段,在物理教学中有着举足轻重的地位.该实验是探究加速度与力、质量的关系,对该实验的理解与掌握是学好物理科目的必要条件之一.
  书中的实验是:
  两个相同的小车放在光滑水平板上,前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可放砝码.实验时小盘和砝码牵引小车,使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等.因此,增加小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力.
  两小车后端各系一条细绳,一起被一个夹子夹着而使小车静止.打开夹子,两小车同时开始运动,关上夹子,两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移,位移之比就等于它们的加速度之比.
  为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码.
  2 笔者认为该实验存在以下不足之处
  (1)该实验只能对加速度与力、质量的关系进行定性的研究,而不能进行定量的研究.
  (2)考虑失重及摩擦的影响,使小车做匀加速运动的力实际上与小盘和砝码的重力并不相等.
  (3)由于小车运动后速度较大且不同,用夹子不能保证两车同时停下来.
  (4)该实验虽用控制变量法,却只能进行定性的研究,让学生对该实验信任度降低.
  3 结合多年教学,笔者对该实验进行了如下改进
  3.1 实验装置器材说明及实验创新与改进之处
  (1)利用气垫导轨减少摩擦,利用木架改变高度、改变滑块的质量可以克服失重带来的负面影响.
  总之,作为物理教学的一个重要组成部分,实验教学是一线物理教师必须重点关注的教学过程.从实验趣味性,到分组实验教学,再到实验报告的价值反馈,每一个过程都是物理实验教学需要仔细探究的部分.尽可能地让学生参与到实验中来,尽可能地引导学生自主去设计实验、探究实验,引导学生更多的从数学角度对实验数据进行处理,准确地挖掘其中的物理规律.当然,在教学过程中,有一些实验我们无法做到,这怎么办?我们应该充分利用多媒体模拟,可以将抽象的概念形象化,帮助学生更好的理解物理规律.但是要认识到物理是以实验为基础的学科,对事物的认识必须以实验结果为依据,多媒体模拟不能替代学生动手实验.将多媒体模拟、学生动手实验很好地结合起来,可以促进实验教学.
  科学的实验方法,本身就要求实事求是的态度,在实验教学中严格要求学生尊重事实,忠于实验数据,反对弄虚作假;要求学生认真对待实验,踏踏实实地进行实验操作,逐步养成严谨治学的科学态度.
  结论:在物体质量不变时,物体的加速度跟作用在物体上的力成正比.即a∝F合.
  3.3 综上所述得实验结论
  物体的加速度跟作用在物体上的力成正比,跟物体的质量成反比.就是牛顿第二定律.用国际制单位得a=F合/m.
  4 实验效果
  (1)利用光电计时器和气垫导轨得到的数据误差很小;
  (2)利用软件拟合图线可得到物理量间理想的正比或反比关系;
  5 改进后实验自行评价
  ①再现用平均速度代替瞬时速度及用加速度定义求解的物理过程;
  ②利用多媒体软件处理,得到较为理想函数关系,学生对实验的可信度大大增强;
  ③实验效果理想,误差极小,加深了学生对控制变量法在研究物理规律中的理解应用.
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