“探究加速度与力、质量的关系”实验中科学方法分析

张岩松

(山东省泰安第十九中学，山东 泰安 271000)

在人教版高中物理必修第一册中，第四章第二节是“实验：探究加速度与力、质量的关系”，要求学生提出猜想，进而设计实验，进行数据采集与处理，得出结论，该实验中蕴含着丰富的科学方法。

1 控制变量法

该实验利用了控制变量的科学方法，在物体质量一定时，探究其加速度与所受合外力的关系；在物体所受合外力一定时，探究其加速度与质量的关系，从而得出牛顿第二定律：F=Ma。

2 补偿法

实验装置如图1所示，用垫块把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。具体做法是：通过移动垫块来调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板做匀速运动。补偿的目的主要是平衡摩擦力，实验中应注意：(1) 在定滑轮下不要挂砂桶。(2) 平衡好摩擦力之后，改变小车质量时，不需要再重新平衡摩擦力。

图1

3 近似方法

4 等效替代法

在平衡了摩擦力之后，小车受到的合外力等于细线的拉力F。由于M≫m，小车受到的合外力可以用砂和砂桶的重力mg来代替，运用了等效替代法。

5 图像法

该实验在利用所测得的数据进行探究加速度与力、质量的关系时，利用了图像法，图像法具有形象直观的特点，可以方便学生自主得出结论。

6 化曲为直法

图2

图3

7 拟合法

图4

8 误差分析方法

任何实验都存在误差，误差是不可避免的，下面就本实验中存在的误差进行分析。

(1) 系统误差

(2) 偶然误差

偶然误差是人为因素造成的，能够设法减小。本实验的偶然误差存在于以下三个方面：

① 摩擦力平衡不准确。偶然误差减小措施为：调节木板的倾斜度，使打点计时器打出的纸带点迹间隔尽量均匀。

② 质量、计数点间距离的测量不准确，偶然误差减小措施为多次测量，取平均值。

③ 作图不准确。偶然误差减小措施为：在描点作图时，使尽量多的点落在直线上，不在直线上的点尽量均匀分布在直线的两侧，舍去离直线较远的点。

另外，求加速度时需要利用逐差法，即利用公式xn+3-xn=3aT2计算加速度，可以减少偶然误差。

9 结语

对于探究实验，探究的手段和方法很多，但是原理是不会变化的，正所谓“万变不离其宗”。因此，无论哪个实验，无论采用何种科学方法，都要首先弄懂实验原理，实验原理是实验的灵魂。

挖掘实验中蕴含的科学思想和方法，它的意义超越了实验本身。这些思想和方法是人类在认识自然规律的过程中形成的，它闪烁着人类智慧的光芒，能够把遮住真理的黑暗照亮，是一代代科学家集体智慧的结晶。学生在理解和掌握这些科学思想和方法后，将会迁移、运用在学习、生活的方方面面，无论将来从事什么职业，都会有所帮助和启迪。