“串燒式”紙帶實驗復習法

任建方

摘 要：在高中力學實驗中涉及打點計時器紙帶的實驗一直是高考的重點，考核的知識點多而繁雜，很多學生在復習的時候盲目的記憶與背誦，總是把握不住方向，掌握不了復習要領，導致知識點模糊不清，考試失分嚴重。所以我們需要一種高效系統的方法進行全面的復習。

關鍵詞： 紙帶實驗；系統復習；平衡摩擦力

高中涉及打點計時器紙帶的實驗中共有四個，分別是1.探究小車速度隨時間的變化規律2.探究加速度與力、質量的關系3.探究做功與速度變化的關系4.驗證機械能守恒定律。通過比較他們的實驗原理，我們可以發掘出一條主線把他們串聯起來：四個實驗在操作的時候都會涉及到摩擦力，但是他們對摩擦力的處理方式卻有所不同，導致選取的實驗儀器、操作方式、運動情況都有所差異。這種串燒式的復習方法具體闡述為：

一、探究加速度與力、質量的關系

實驗中小車運動時，必然會受到摩擦力，那么如何處理摩擦力對實驗的影響呢？我們從原理上來分析，實驗中質量可以通過天平測量，加速度可以通過打點計時器的紙帶計算，但是如何測量出合力呢？因為摩擦力無法測量，所以我們第一步驟就是平衡摩擦，這樣小車受到的合力就為繩子對小車的拉力，但是繩子的拉力也不方便測量，所以我們第二步驟，就是讓繩子拉力等于繩子另一端所掛物的總重力。我們對所掛物進行受力分析結合它有向下的加速度可知，，所以所掛物重力大于繩子拉力的，如果要兩者近似相等，必須滿足的條件是加速度a相對小一點，要做到加速度小，必須滿足的前提是所掛物的質量遠遠小于小車的質量（），即用輕的物體去拉重的物體，產生的加速度必然小。因為所掛物必須質量小的物體，所以我們在器材選取的時候選質量小的砝碼而不是質量大的鉤碼。可用公式表達為：

實驗一：探究加速度與質量、力之間的關系

二、探究做功與速度變化的關系

這個實驗小車運動過程中也會受到摩擦力的作用，那么這里需要平衡摩擦力嗎？ 答案是肯定的。因為我們需要測量出合力做功，而由于摩擦力做的功無法計算，所以在平衡摩擦力以后，合力做功即為橡皮筋拉力做功。而隨著橡皮筋條數的增加，橡皮筋拉力做功也是成倍的增加，那么我們就可以研究做功均勻增加的情況下，速度的變化情況或者速度平方的變化情況來達到實驗目的。因此小車的運動先做加速度越來越小的加速，再做勻速運動。

實驗二：探究做功與速度變化的關系

三、驗證機械能守恒定律

驗證機械能守恒的時候我們無法平衡摩擦力，那么我們怎么減小摩擦力對實驗的影響呢。 我們從減小摩擦力的角度去分析：1.保證打點計時器兩限位孔豎直，減小與紙帶的摩擦2.手提紙帶末端，使整條紙帶保持豎直3.把電磁打點計時器換成電火花打點計時器4.重物選取大質量的重錘（減小摩擦力的相對量）如此操作可以盡量減小摩擦力對實驗的影響，重物的加速度接近于重力加速度。

實驗三：驗證機械能守恒定律

四、探究速度隨時間變化規律

本實驗只要通過打點計時器測量出速度，受到的摩擦力對實驗的目的沒有影響，所以我們無需處理摩擦力。因此運動時的加速度也沒有確定性。

五、總結

綜上所述，我們可以總結得出下表：

筆者大膽估計將來實驗題的一個大致命題趨勢就是把幾個實驗聯合對比就某一個知識點進行考核。單一的單個力學實驗考察，對絕大部分學生已經沒有多大的挑戰，然而通過這種聯合對比式的命題方式可以涉及更多的實驗，從而考察學生對所有實驗的理解程度與綜合運用能力，對考生提出了更高的要求。因此我們復習更應該有目的性，有策略，多挖掘各個力學實驗之間的聯系與區別。用一條主線串聯相關實驗，以點帶面，引申到各個細節，構建力學實驗復習的知識框架，達到更全面、更高效的復習目的。