對“探究加速度與力、質量之間的關系”實驗的改進和應用

羅振國

（福建省泉州市石獅一中，福建 泉州 362700）

本刊2013年第8期刊發了論文《“探究加速度與力、質量之間的關系”實驗探析》，筆者認真閱讀后，對其中設想2的實驗方案改進頗感興趣，于是按設計圖做了進一步探究，如圖1所示.（原文采用的是速度傳感器，筆者采用光電門與數字計時器替代，原理一樣.）

圖1

此設計方案看似巧妙，然而確實如原文作者所言，不可以用彈簧秤的讀數來消除實驗的誤差，因為運動過程中對彈簧秤無法做到準確讀數，除非利用到力學傳感器.但是對于大部分的薄弱學校而言，傳感器尚未普及，配置要求確實太高.但是筆者認為我們可以稍加改造，合理地利用該裝置來說明一些問題，對于突破一些教學難點還是功不可沒的.

1 不足之處

（1）運動太快，時間過短，來不及讀數；

（2）運動過程中彈簧秤會晃動，不穩定，無法精確讀數；

（3）采用棉線連接，有一定的阻力，不夠靈敏，影響了觀察的效果；

（4）彈簧秤水平放置，視覺不好，不易觀察.

2 改進方案

（1）將彈簧秤改為豎直固定，可以省去一個定滑輪，減小一些阻力，同時用尼龍絲（風箏線）替代實驗室中的棉線，更為靈敏，觀察效果更好.

（2）在彈簧秤的旁邊固定一個攝像頭，直接連接電腦，視覺更好，可以讓全體學生一起觀察，更有說服力.

改進之后，如圖2所示，但是仍然不能直接測量，因為彈簧秤的精密度不夠，讀數不穩，不能定量計算，只能定性分析.正是這個原因，才導致了它的特殊用途.

圖2

3 特殊用途

（1）取一個小鉤碼（20g）掛上，靜止時，彈簧秤的讀數在0.1N處，釋放鉤碼后，讀數稍有變化，比0.1N略小一點點，還是在0.1N附近，這點在大屏幕上可以和全體學生一起觀察到，物理原理是失重不明顯，當然在此處教學不便講明.

（2）取一個大鉤碼（100g）掛上，靜止時，彈簧秤的讀數在0.5N處，釋放鉤碼后，讀數變化很大，在0.45N附近，與0.5N相差較大，這點在大屏幕上可以和全體學生一起清楚觀察到，物理原理就是失重較為明顯.

通過上面的兩次實驗演示，我們可以較為直觀地說明一個問題，掛小鉤碼比掛大鉤碼更為精確，那這有什么用呢？

如圖3所示，我們的傳統實驗是采用掛小鉤碼，為什么要掛小鉤碼呢，課本上用滿足實驗的條件m?M來說明，但這個理由不具備說服力，要把它講清楚不僅花很多時間，還會沖淡實驗探究主題.所以上面的兩個實驗現象再好不過地說明了掛小鉤碼的好處了，這就是我們強調的“百聞不如一見”，真正看到的才是最有說服力的.

圖3

通過實驗改進后，筆者在新課探究中，采用了氣墊導軌和光電門結合成功解決了摩擦力和加速度測量問題，對于實驗條件的講解，本人巧妙地設計了利用彈簧秤和攝像頭相結合的方式，直觀地表達了掛小鉤碼時比掛大鉤碼時的拉力更接近鉤碼的重力這一現象.從而使得本節課在師生共同努力下非常流暢而高效，不僅讓學生畫圖找關系，同時也由教師當堂用電腦處理數據，更科學地得出了實驗規律，與學生共同在一節課的時間內高效地探究出加速度與力和質量的關系.課堂中相機拍攝學生學案，電腦處理數據，還有實驗操作等等，對授課教師的動手能力要求較高，當然有充分的準備，才有精彩的課堂，才能讓學生在高效的課堂上學習.

1 馮蘭.“探究加速度與力、質量之間的關系”實驗探析［J］.物理教師，2013（8）.