对一道力学实验题的变式分析

许庆元 李胜强

摘 要：通过对一道高考力学实验题的分析加强物理模型的演变，通过变式分析加强物理核心规律的应用，最终总结测量动摩擦因数的方法。

关键词：动能定量；动摩擦因数；平抛运动；变式分析

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）7-0056-3

原题

某同学利用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律。弧形轨道末端水平，离地面的高度为H。将钢球从轨道的不同高度h处静止释放，钢球的落点距轨道末端的水平距离为s。

（1）若轨道完全光滑，s2与h的理论关系应满足s2= （用H、h表示）。

（2）该同学经实验测量得到一组数据，如下表所示：

请在坐标纸上作出s2-h关系图。

（3）对比实验结果与理论计算得到的s2-h关系图线（图2.1中已画出），自同一高度静止释放的钢球，水平抛出的速率 （填“小于”或“大于”）理论值。

（4）从s2-h关系图线中分析得出钢球水平抛出的速率差十分显著，你认为造成上述偏差的可能原因是 。

分析与解答

第（1）问考查学生的理论推导能力，由机械能守恒定律可得：mgh=mv2，由平抛运动知识可得：t=，故水平距离s=vt=。

第（2）问考查学生的作图能力，根据实验数据以及坐标纸上的标度，依次描点，连线，最终作出过原点的倾斜直线，如图2.2所示（注意不要画成折线或曲线）。

第（3）问考查学生的实验误差分析能力，从图中看，同一h下的s2值，理论值明显大于实际值，而在同一高度H下的平抛运动水平射程由水平速率决定，可见实际水平速率小于理论速率。

第（4）问考查学生的语言表达能力和具体问题具体分析的能力，轨道与小球间必然存在摩擦及空气阻力的影响，机械能减小（不守恒），因此会导致实际值比理论值小。……