淺談“驗證牛頓運動定律”的高效課堂

牛頓第二定律在高中物理教學中占有舉足輕重的地位。面對高一新生領悟能力有待完善的局面，如何更好地完成對學生思維障礙的清理工作，這一點顯得尤為重要！實驗教學的輔助滲透，在當前素質教育的大潮中占有重要地位，所以關于牛頓第二定律實驗教學的改進創新迫在眉睫！

關于牛頓第二定律的實驗探究，可以由淺入深地進行，這樣可以幫助學生克服思維障礙！

1.從身邊的生活感受出發，生活經驗告訴我們：物體所受的外力F越大，它的加速度a也越大；物體的質量m越小，加速度a也越大！

那能否說明：F與a成正比，m與a成反比？

注意：盡管外力F越大，它的加速度a就越大；質量m越小，加速度a也越大，但是F與a不一定成正比。m與a也不一定成反比！

那它們之間的定量關系怎樣呢？如何才能弄清此關系呢？

合理猜想非常必要，假定F∝a，m∝1a。

2.三個量之間的關系一起討論較復雜。故提出探究此問題的方法：控制變量法。

具體操作是“探究其他可能物理量與a的關系”。

（1）控制F不變，討論m的變化與a的關系。

（2）控制m不變，討論F的變化與a的關系。

通過實驗“獲取數據”，分析得出結論：F與a的關系正比，m與a的關系。

3.實際操作的時候，外力F如何提供，怎樣做到靈活改變F及m的大小？

（1）m是小車的質量；可以通過在車上加砝碼來改變它的質量。

（2）F是小車所受的“合外力”；可以用細線將小車和裝有細沙的沙桶連接起來，通過改變沙的多少來可調節小車所受的合外力的拉力。

此處可能會有些學生想到：用彈簧秤來提供可讀數的拉力。必須強調：彈簧秤在實際操作過程中，彈簧秤的讀數不穩定，不好控制物體的運動。

實驗過程是有摩擦的，這一點特別容易被學生忽略，應做怎樣處理呢？本著“設計方案簡便易行”的原則，設法將摩擦去除，使物體受到的拉力等于合外力！

4.F是小車的“合外力”，而不是它此時所受的拉力；故需要先給小車“平衡掉摩擦力”，使牽引沙桶的細繩提供的力成為合外力。

（1）怎樣平衡摩擦力——使軌道約成5度傾斜擺放，使“不掛沙桶的小車”能拖著“紙帶”勻速下滑（紙帶上的點間距需均勻）。

（2）控制變量的過程中，改變車的質量，是否應該每次都平衡摩擦力——不用，因為第一次平衡摩擦力時，有：mgsinθ=μmgcosθ，m改變不影響等式成立。

平衡摩擦力不當（斜面墊得過高或過低），會帶來怎樣的結果呢？

5.小車的滑軌墊得過高或過低，就會使f抵消得過大或過小。

（1）平衡摩擦力過小（墊得過低）得出的a-F圖像如圖1所示；（2）平衡摩擦力過大（墊得過高）得到的a-F圖像如圖2所示。

（3）平衡摩擦力適當，a-F圖像應是過原點的傾斜直線，如圖3所示。

直線的斜率k是“1/質量”

注意：誰的質量？

當m加速下落時，設繩子受到的力為T，

對小車及車上砝碼：T=Ma

對細沙及沙桶：mg-T=ma

得：a=mg/（M+m）

其中：實際橫軸數據F是用“mg”數值代替的。

即：斜率k=1/（M+m），（M+n）不是小車的質量

6.本實驗應該嚴格控制小車質量M和沙桶質量m的關系：當Mm時，F≈mg。

因為當m加速下落時，設繩子受到的力為

若操作過程中忽略了此條件，結果會怎樣呢？

當不再滿足Mm，k=1/（M+m）<1/M，

圖線將變成曲線。

完成了以上環節的探究，學生會豁然開朗，思路清晰。

（責任編輯 易志毅）