“探究加速度和力、质量关系”的实验改进：从粗略到精确

罗志恒

(苏州第十中学 江苏 苏州 215006)

牛顿第二定律是高中物理力学知识的核心内容，加速度是连接动力学和运动学的一座桥梁，在实际教学中都是先从实验出发推导定律．牛顿第二定律实验是中学传统物理实验中的经典内容之一．

江苏省进入高中新课程已有7年了，在新课程理念的影响下，笔者对于探究加速度和力、质量的关系这一内容做了一些连续的研究，分别于2005年、2008年和2011年在我校物理组内上了3次这一相同内容的公开课．上完以后，感受很多．

1 新课程第一年(2005年)

在公开课中笔者延用旧教材中的演示实验——双车对比，如图1所示．

图1 双车对比演示实验照片

小车质量不变，探究加速度和力的关系如表1.

表1 小车质量不变时实验数据

小车所受合外力不变，探究加速度与质量的关系如表2.

表2 小车合外力不变时实验数据

从实验数据中可以看到这一实验的效果较差，几乎不能得到“加速度和力成正比、加速度和质量成反比”的结论，于是笔者在课上用“在误差范围内，实验结果成立”来搪塞，使学生在半信半疑中接受了结论，讲完后自己心里也感到不安．

2 新课程第四年(2008年)

在公开课上，笔者采用了师生合作探究的形式，利用铝合金轨道、小车、电火花打点计时器和砝码来探究加速度和力、质量的关系．如图2所示．

图2 铝合金轨道实验装置照片

小车拖着纸带运动，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号，算出每条纸带对应的加速度的大小．

小车质量不变(M=315 g)，探究加速度和力的关系如表3.

表3 小车质量不变时实验数据

由数据画a-F图，如图3.

图3

小车所受合外力不变(F合=0.2 N)，探究加速度与质量的关系如表4.

表4 小车合外力不变时实验数据

图4

这次实验的效果也不是很理想，“加速度和力成正比、加速度和质量成反比”的结论也是马马虎虎得到的，自己还是比较心虚．

3 新课程第七年(2011年)

在这次公开课上笔者仍旧采用师生合作探究的形式，不过这次采用了气垫导轨、数字计时器和光电门来探究加速度和力、质量的关系．实验装置如图5所示．

图5

图6 气垫导轨实验装置照片

小车质量不变(M=205 g)，探究加速度和力的关系如表5.

表5 小车质量不变实验数据

小车所受合外力不变(F合=0.1 N)，探究加速度与质量的关系如表6.

表6 小车合外力不变时实验数据

由表5画a-F图，如图7.

图7

图8

这次的实验效果非常理想，根据画出的图像能够直接得出质量一定时加速度和力成正比、合外力一定时加速度和质量成反比的结论．上课时自己也感觉底气十足，充满信心．

4 反思

通过这三次组内公开课，笔者对“加速度和力、质量的关系”的实验也有了更深的理解，实验效果也从粗略走向了精确，在教学过程中取得了很好的效果．

物理实验的效果如果不佳，物理教师不能一直就这么任它这样，带着这样的实验上课教师的底气不足；只有不断改进物理实验，争取更好的实验效果，上课时才会底气十足．