探究加速度与力、质量关系的创新实验

关健波

(云南省昆明市第十四中学 650106)

一、“ 探究加速度与力、质量的关系”实验产生问题的原因

图1

传统实验装置如图1所示，高中学生对传统的方案，有关近似法的理解有一定困难，其原因是，教材中提供的传统方案因实验原理不完善而造成了系统误差.

(1)实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力).设绳子拉力为F，小车质量为M，小盘和砝码的总质量为m.

对小车：F=Ma

对小盘和砝码：mg-F=ma

(2)小车在木板上运动时必然会受到摩擦力的作用，所以要平衡摩擦力.在平衡摩擦力时，可把有打点计时器的那一端木板适当抬高，给小车一个初速度，若车子能匀速下滑，则小车所受的摩擦力和其重力沿斜面向下的分力平衡，平衡摩擦时，很容易造成误差.

二、“探究加速度与力、质量的关系”实验改进的方案及其论证

如图2所示的装置探究加速度与质量的关系.实验器材有气垫导轨、滑块(总质量为m，左端装有遮光板)、光电门(配接数字计时器)、米尺、铁架台.

图2

为了和第三章相互作用顺利的对接，我采用了用重力沿斜面向下的分力来充当小车的合力，设斜面的长度为L，斜面叠高了h，得：

①

即：m和L不变时，F合与h成正比

用光电门间接求出小车的加速度，若小车静止释放的位置到光电门的距离x,挡光片的宽度为D,挡光时间为t，则小车的加速度可以表示为：

②

实验选取高度依次为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm进行实验测得时间数据如下表.

h510152025t0.00730.00520.00430.00370.00321/t218765.243698.2552798.3173046.0297656.25

h0101530t0.00590.00440.0031/t2028727.3865269.35111111.11

三、探究加速度与力、质量的关系”实验改进方案的优点

(1)本实验装置通过气垫导轨消除摩擦力的影响，避免因为平衡摩擦力引起的误差；……