大學(xué)物理力學(xué)基本測量實驗探究

（廣東理工學(xué)院，廣東 高要 526100）

[摘 要] 隨著新課改的不斷推進(jìn)與深入，大學(xué)物理課堂越來越重視提高學(xué)生的實踐能力，對實驗探究投入了大量的精力。主要探究大學(xué)物理力學(xué)基本測量，以求在教學(xué)過程中真正運(yùn)用。

[關(guān) 鍵 詞] 大學(xué)物理；力學(xué)實驗；基本測量

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）30-0110-01

大學(xué)物理力學(xué)實驗是最為基本的物理實驗，在實驗步驟以及理論知識方面都有著十分重要的作用。大學(xué)物理主要是為了培養(yǎng)學(xué)生的思維方式、創(chuàng)新意識以及解決問題的能力，順應(yīng)了當(dāng)今時代的發(fā)展要求。因此，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式已經(jīng)不能完全適應(yīng)時代對人才的需求，阻礙了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性以及主動性的提高。本文以氣墊導(dǎo)軌上滑塊的速度、加速度和牛頓第二定律的測定為探究實驗對象，通過一系列的分析得到相應(yīng)的實驗結(jié)果以及實驗過程中存在的不足。

一、氣墊導(dǎo)軌的介紹

在力學(xué)的實驗過程中，最為困難的當(dāng)屬摩擦力對測量的影響。氣墊導(dǎo)軌就是在一定程度上為了消除摩擦而設(shè)計的力學(xué)實驗儀器。它主要通過導(dǎo)軌表面上的均勻分布的小孔噴出氣流，然后在導(dǎo)軌表面和滑塊之間形成一層空氣層即氣墊，從而使得滑塊浮起，這樣滑塊在導(dǎo)軌表面運(yùn)動的過程中就可以看成是無摩擦的運(yùn)動。利用滑塊在氣墊上的運(yùn)用可以進(jìn)行許多力學(xué)實驗，比如測量速度、加速度、驗證牛頓第二定律、動量守恒定律、機(jī)械能守恒定律等等。本文主要運(yùn)用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行速度、加速度和驗證牛頓第二定律的實驗探究。

二、力學(xué)基本測量實驗的實驗原理

首先，在對氣墊導(dǎo)軌上的滑塊進(jìn)行速度的測量時，主要測量的是滑塊的瞬時速度，一般會用平均速度代替瞬時速度。當(dāng)物體所受的合外力為零時，物體會保持靜止或以一定的速度做勻速直線運(yùn)動。在本次實驗過程中，滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做的是無摩擦的阻力運(yùn)動，滑塊上裝有一個一定寬度的擋光片，這樣當(dāng)滑塊經(jīng)過光電門時，擋光片前沿?fù)豕猓嫊r器從此開始計時，擋光片后沿?fù)豕鈺r，計時立即停止。此時，在計數(shù)器上會顯示兩次擋光所間隔的時間，可以知道擋光片同側(cè)邊沿之間的寬度，利用距離除以時間，就可以計算得出此時的滑塊平均速度。

其次，在對氣墊導(dǎo)軌上的滑塊進(jìn)行加速度的測量時，主要是指滑塊在水平方向上受到一個恒力的作用時，氣墊導(dǎo)軌上的滑塊就會作勻加速直線運(yùn)動。加速度的測量方法是，需測量出滑塊通過第一個光電門的初速度以及第二個滑塊通過光電門的速度，并將兩個光電門的距離測量出來，這樣根據(jù)加速度的計算公式就可以計算出來此時的滑塊加速度。

最后，牛頓第二定律是力學(xué)中一個最為基本的定律，是指物體在受到外力的作用下，物理獲得的加速度與合外力的大小是成正比的，并且與物理的質(zhì)量成反比。因此，在驗證牛頓第二定律的時候，要分別測量合外力的大小以及加速度的大小。

三、力學(xué)基本測量實驗的探究過程

首先，在實驗之前，要對儀器的結(jié)構(gòu)以及使用方法做到心里有數(shù)，對氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行水平調(diào)節(jié)。在測量滑塊的速度時，先用MUJ-IIB型電腦通用計數(shù)器設(shè)定擋光片的寬度。在打開計數(shù)器的電源之后，要用手指按住轉(zhuǎn)換按鈕，計數(shù)器顯示屏上會出現(xiàn)“1.0，3.0，5.0…”，在顯示1.0的時候，要快速松開手指，這時本實驗所用擋光片的距離就已經(jīng)設(shè)定是1.0厘米。隨即，讓滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動，在記錄表中記錄本次實驗兩次經(jīng)過光電門的速度。

其次，在測量加速度時，要按動計數(shù)器的功能按鈕，并將此時的功能設(shè)定為加速度的位置上。本實驗的探究過程大致上是這樣的過程，在滑塊掛鉤上系一根細(xì)線，然后在導(dǎo)軌末端的滑輪，線的另一端系在砝碼盤上，在砝碼盒到達(dá)地面之前，可以使滑塊順利地通過兩次光電門。將滑塊移動到遠(yuǎn)離滑輪的一端，稍微靜置后，自由釋放此時的滑塊，滑塊就會在外力的作用下從靜止?fàn)顟B(tài)開始作勻速運(yùn)動。此時，計數(shù)器屏上就會顯示兩次經(jīng)過光電門的速度和加速度。

最后，在驗證牛頓第二定律的實驗探究過程中，先給出一個前提條件，即物體質(zhì)量不變。與測量加速度時的裝置相同，在滑塊上加上四個砝碼，將滑塊移到原理滑輪的一端，使滑塊從靜止?fàn)顟B(tài)作勻加速運(yùn)動，記錄兩次通過光電門時的速度，并將四個配重塊逐次加在滑塊上，記錄此時的加速度。

四、力學(xué)基本測量實驗的探究結(jié)果

本文主要以記錄數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，通過數(shù)據(jù)的分析，計算其滑塊的速度以及加速度。在驗證牛頓第二定律時，可以用作圖的方法處理數(shù)據(jù)，在質(zhì)量一定的情況下，做加速度與合外力的曲線，在合外力一定的情況下，做加速度與質(zhì)量的曲線，從而直觀地觀察牛頓第二定律的特點(diǎn)。

五、力學(xué)基本測量實驗的探究反思

首先，在實驗的開端，我們要對氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行調(diào)整，能否認(rèn)為滑塊在經(jīng)過光電門的時間時，導(dǎo)軌就是調(diào)平的狀態(tài)。其次，在驗證牛頓第二定律時，我們發(fā)現(xiàn)合外力等于質(zhì)量乘以加速度。此時的質(zhì)量包括哪幾個物體的質(zhì)量，而且作用在質(zhì)量上的作用力是什么力，應(yīng)該以怎樣的手段來保證質(zhì)量不變，這些問題都值得我們?nèi)シ此迹瑥亩由羁痰亓私獯髮W(xué)物理力學(xué)基本測量實驗的

內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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