如何應對力學實驗中的“變臉”藝術

　　在高中物理力學實驗中，有些實驗的實驗原理雖有所不同，但使用的實驗裝置卻很類似。這些實驗裝置的變式題猶如舞臺表演中的“變臉”藝術，搖頭一變則可變化無窮。以“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”這個經典實驗的裝置為例，這個實驗裝置可以在一些不同的實驗中加以應用，學生在面對這些形似而神不似的實驗時，往往會有些混淆。本文僅采擷幾例，旨在探討該類題型的規律，并揭示該類題的解題方法，為這類實驗問題的教學提供參考。
　　在“探究加速度與物體質量、物體受力的關系”、“驗證機械能守恒定律”、“探究恒力做功和物體動能變化間的關系”這三個實驗中，它們的實驗裝置都比較類似，均為同一裝置或稍做變形（如用光電門代替打點計時器來測量速度，用氣墊導軌代替滑板等），但是考查的原理卻截然不同。學生在處理這類問題的變式時，往往會把一些規律、結論張冠李戴。例如是否要平衡摩擦力的問題，是否要滿足小車的質量要遠遠大于鉤碼質量的問題。為了正確地理解與處理這類問題，我認為可以從以下幾個方面來辨析：
　　1.明確實驗中研究的力學對象；
　　2.明確實驗所需滿足的力學條件；
　　3.明確誤差的來源及如何減小誤差。
　　從這幾個方面出發，我針對上述實驗設計了下面一些問題：
　　①研究對象是誰？它的合外力是由誰提供的？②能不能有摩擦力？怎么處理摩擦力？③實驗中系統誤差的來源？
　　在解題過程中，如按照這樣的分析思路會有效地突破問題的障礙。
　　實驗一：探究加速度與物體質量、物體受力的關系
　　情景描述：如圖所示，一輛小車放置在長木板上，一端通過一條細繩與砝碼盤相連，另一端通過紙帶與打點計時器相連。通過該實驗裝置探究小車的加速度與小車質量、小車受力的關系。
　　該實驗為教材中的經典實驗，我們處理的一般思路是：首先明確研究對象，即小車。然后明確實驗所要滿足的力學條件，即小車所受的合外力由砝碼重力提供，但事實上小車的合外力并不等于砝碼的重力。其原因有兩點：一是實驗中沒有平衡摩擦力，二是小車的質量不是遠大于砝碼的質量。所以若要滿足實驗所需的力學條件，則首先要平衡摩擦力，平衡摩擦力之后小車所受的合外力就等于繩子的拉力。
　　實驗中的另一個問題是繩子拉力并不等于鉤碼的重力，因為系統具有加速度，即小車和砝碼都有相同大小的加速度，所以可以分別對小車和砝碼列出牛頓第二定律方程：
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