對(duì)新教材中牛頓第二定律探究實(shí)驗(yàn)探討與創(chuàng)新

摘 要：本文指出山東科學(xué)教育出版社出版的普遍高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理1》（必修）106頁(yè)介紹牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)探究的不足之處，并加以改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案要優(yōu)于原方案。

關(guān)鍵詞：新教材物理 牛頓第二定律 探究實(shí)驗(yàn) 探討 創(chuàng)新

山東科學(xué)教育出版社出版的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理1》（必修）（以下簡(jiǎn)稱教材）106頁(yè)介紹牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)探究（如圖1），簡(jiǎn)要探究過程如下：

（1）將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，用重力的分力來抵消摩擦力，以使小車不掛重物時(shí)恰能做勻速直線運(yùn)動(dòng)；

（2）掛質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的重物，可近似認(rèn)為小車受到的合力等于重物所受的重力；

（3）保持小車的質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，探究加速度與物體受力的關(guān)系（如表1）；

（4）保持重物的質(zhì)量不變，改變小車的質(zhì)量，探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系（如表2）.

1 教材實(shí)驗(yàn)方案存在的不足

（1）用重力的分力來抵消摩擦力，以使小車不掛重物時(shí)恰能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，那又如何判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)了？

（2）在探究加速度與物體受力的關(guān)系時(shí)，保持小車的質(zhì)量不變，改變重物的質(zhì)量，使系統(tǒng)總質(zhì)量、受到的合力都發(fā)生改變，這無疑是增大實(shí)驗(yàn)誤差。

（3）在探究加速度與物體受力的關(guān)系和加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，根據(jù)教材設(shè)計(jì)至少要打10條的紙帶，當(dāng)然還不包括那些打不清楚不能分析的紙帶，學(xué)生能否在有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析？

（4）紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦是否很小不用考慮？

針對(duì)以上幾點(diǎn)不足，筆者在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上稍做改進(jìn)，卻效果頗佳，具體如下：

2 對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與原理

如圖2所示，在長(zhǎng)木板A、B處安裝光電門A、B，AB間距0.5m，物體經(jīng)過光電門后可算出經(jīng)過A、B時(shí)的速率，由于物體受在運(yùn)動(dòng)過程中受力恒定，故加速度也恒定，也即在AB過程加速度滿足a= ，所以實(shí)驗(yàn)只要記錄小車經(jīng)過A、B兩點(diǎn)的瞬時(shí)時(shí)間。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法（簡(jiǎn)要步驟）

（1）用重力的分力來抵消摩擦力。將木板無滑輪的一端稍微墊高一些，輕推小車使小車經(jīng)過光電門A、B，如若t

（2）探究加速度與物體受力的關(guān)系。掛上重物后將小車由靜止釋放，得到一組t 、t 值，逐一取下當(dāng)作重物的鉤碼，并將取下的鉤碼放到小車上（原因：整個(gè)系統(tǒng)滿足mg=Ma，系統(tǒng)總質(zhì)量保持不變，加速度與掛的物體質(zhì)量成正比），重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車在同一位置由靜止釋放，將幾次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表3中并根據(jù) 算出小車在A、B速率，再根據(jù)a= 算出物體的加速度。

（3）探究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系。保持合外力F不變，即保持所掛重物的重力不變，測(cè)出小車的質(zhì)量，掛上重物后將小車由靜止釋放。通過在小車上疊放砝碼的方法改變小車的質(zhì)量，重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)將小車從同一位置釋放。將幾次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)填入表4（與表3類似，由于篇幅關(guān)系筆者沒有列出）中并根據(jù) 算出小車在A、B速率，再根據(jù)a= 算出物體的加速度。

（4）數(shù)據(jù)分析與處理。這一點(diǎn)教材已經(jīng)做得很好了，筆者也就不贅述，具體參考教材第108頁(yè)中的相關(guān)內(nèi)容。

3 本實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

3.1 本實(shí)驗(yàn)加入了光電門光電門測(cè)速率使實(shí)驗(yàn)更顯方便、直觀，也能讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)更好的完成本探究實(shí)驗(yàn)，并能體驗(yàn)用光電門測(cè)速率的方法。

3.2 在探究加速度與物體受力的關(guān)系時(shí)，用整體法有效地解決現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案中要求重物質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車，且測(cè)量又帶來誤差這一不足。

3.3 本實(shí)驗(yàn)中只要認(rèn)真調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)選取合適實(shí)驗(yàn)誤差較小。

最后，本實(shí)驗(yàn)方案有效地解決了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案存在的不足，并減小了實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差，提高了實(shí)驗(yàn)的精確度，實(shí)驗(yàn)也更具有可操作性，學(xué)生更容易理解、操作。筆者希望教材再版時(shí)能對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案稍加改進(jìn)，使物理探究實(shí)驗(yàn)更貼近學(xué)生實(shí)際，也體現(xiàn)物理教材更具科學(xué)性。

（注：由于實(shí)驗(yàn)中加入了光電門，平時(shí)學(xué)生又較少接觸，教師在課前應(yīng)對(duì)其測(cè)速率原理再做必要的講解、回顧。）

參考文獻(xiàn)：

[1]廖伯琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理1》（必修）.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”