高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的故障

劉卓然

摘 要：高中是一個(gè)重要的階段，高中物理作為高中學(xué)科中重要的課程之一，能夠幫助同學(xué)們了解力學(xué)，了解生活中力的形成和相互作用，高中的物理學(xué)與初中相比所涉及的范圍更廣，內(nèi)容更加豐富，其中力學(xué)是物理學(xué)中比較重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，而在力學(xué)的學(xué)習(xí)中不僅有課堂中的理論課程，還需要有力學(xué)實(shí)驗(yàn)，以幫助學(xué)生能夠更好地理解力學(xué)，并通過力學(xué)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解到力學(xué)如何在生活中進(jìn)行運(yùn)用。在力學(xué)的實(shí)驗(yàn)中也會(huì)存在各種故障，本文就高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的故障進(jìn)行研究，具體內(nèi)容如下。

關(guān)鍵詞：高中物理；力學(xué)實(shí)驗(yàn)；故障

高中是一個(gè)重要的時(shí)期，是我們學(xué)生面臨人生第一重大轉(zhuǎn)折的時(shí)期，也是培養(yǎng)獨(dú)立學(xué)習(xí)的重要時(shí)期，因此高中的學(xué)習(xí)方法對(duì)于學(xué)習(xí)成績(jī)有著重要的影響。高中物理尤其對(duì)于理科生來說是一門重要的課程，在物理學(xué)的發(fā)展中物理學(xué)實(shí)驗(yàn)起到了重要的推動(dòng)作用，在物理學(xué)的發(fā)展中占有重要地位。在物理教學(xué)中物理實(shí)驗(yàn)成為了不可或缺的一部分，在學(xué)習(xí)的過程中學(xué)生不僅需要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，更需要掌握物理實(shí)驗(yàn)方法，尤其在力學(xué)的學(xué)習(xí)中，實(shí)驗(yàn)占有比較重要的地位。但在力學(xué)試驗(yàn)中也會(huì)存在一些故障，本文就引發(fā)物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的故障進(jìn)行如下分析。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)不足引發(fā)的故障

在進(jìn)行物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，而方案的設(shè)計(jì)需要學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)所需要的步驟、儀器等進(jìn)行。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，學(xué)生們總會(huì)由于多種原因而使得實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在問題，從而引起各種故障。以下就對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析。

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)不足引發(fā)的故障

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)所做實(shí)驗(yàn)的不同，選擇不同的裝置，而設(shè)計(jì)者要充分考慮到實(shí)驗(yàn)所需要的各種裝置和設(shè)備，如進(jìn)行“牛頓第二定律”的驗(yàn)證時(shí)，它存在的常見故障：根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像的繪制，繪制完成后是一條曲線而不是直線。而出現(xiàn)這樣的故障就是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上存在的問題，理論上小車所受的拉力以F=mg計(jì)算（m為砝碼質(zhì)量），但在實(shí)驗(yàn)中小車的實(shí)際所受拉力以F=M/（M+m）mg（M為小車質(zhì)量）計(jì)算，產(chǎn)生的相對(duì)誤差為|F-F/F|=m/M[ 1 ]。實(shí)驗(yàn)要求M要大于m，但是在本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中對(duì)于M和m補(bǔ)鞥能夠很好的控制，因此會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)故障。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)不足引發(fā)的故障

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前首先需要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在設(shè)計(jì)的過程中也可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)者考慮不夠充分，導(dǎo)致試驗(yàn)中出現(xiàn)故障。如在進(jìn)行“探究功與速度的變化關(guān)系”中，當(dāng)重物質(zhì)量逐漸增大后在實(shí)驗(yàn)中也會(huì)與小車的質(zhì)量存在差異。即使將實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)也只能減小誤差，實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)還是存在著較大的差距[ 2 ]。而且其中對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶放置的關(guān)系以及重力的關(guān)系，若不能夠很好的進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，則就會(huì)導(dǎo)致其打點(diǎn)不準(zhǔn)確，不能夠很好的得出實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確結(jié)果。

2 儀器本身導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)故障

儀器是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是實(shí)驗(yàn)的依托，對(duì)于一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說，良好的，合適的實(shí)驗(yàn)儀器能夠保證一半的實(shí)驗(yàn)的成功，其中儀器的大小、形狀、功能、物理性質(zhì)等均是影響實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素，因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前要選擇好儀器。

2.1 儀器幾何性質(zhì)的不足導(dǎo)致的故障

力是相互的，當(dāng)物體受力時(shí)都會(huì)發(fā)生變形，只是變形的程度不一樣，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中的變形程度較為明顯時(shí)我們可以直接用肉眼看到，但一些極較為細(xì)小的變化有時(shí)需要借助其他物質(zhì)的改變進(jìn)行觀察，如對(duì)于“顯示玻璃瓶的微小變形”試驗(yàn)來說，通過對(duì)玻璃瓶進(jìn)行擠壓，觀察玻璃瓶中液面的上升或下降現(xiàn)象來反映實(shí)驗(yàn)中需要了解的參數(shù)的變化，而當(dāng)體積相同的液體倒入較細(xì)的玻璃管時(shí)，玻璃管受到擠壓則液面上升越明顯，當(dāng)?shù)谷胼^粗的玻璃瓶中進(jìn)行擠壓時(shí)，則液面的變化則不明顯。因此實(shí)驗(yàn)的儀器選擇也會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

2.2 儀器物理屬性的缺乏導(dǎo)致的故障

在物理實(shí)驗(yàn)中，儀器是必不可少的，但儀器的物理屬性也是比較重要的，在研究“自由落體”運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)常會(huì)引發(fā)多種故障，所以在課堂上老師大多會(huì)選擇利用數(shù)字計(jì)時(shí)器來測(cè)定重力加速度，但是它存在的缺點(diǎn)是當(dāng)電流切斷后，電磁鐵的磁性消失需要一段時(shí)間，導(dǎo)致下落時(shí)間與實(shí)際值相比較大，形成誤差。為實(shí)驗(yàn)中消除上述誤差，可以在實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)定小球通過兩光電門之間距離所用的時(shí)間，來避免測(cè)定小球開始下落的時(shí)刻[ 3 ]。

3 儀器組裝導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)故障

組裝儀器對(duì)于實(shí)驗(yàn)來說也是比較重要的，若學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理解不足，則可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器在組裝過程中出現(xiàn)問題，影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

儀器組裝的順序引起實(shí)驗(yàn)故障：在對(duì)儀器的組裝過程中儀器的組裝順序?qū)x器的使用具有較大的影響，如對(duì)于重力加速度的計(jì)算，若根據(jù)紙帶上的打點(diǎn)間距來計(jì)算，則可能由于儀器裝反而出現(xiàn)故障。但在實(shí)驗(yàn)過程中總會(huì)出現(xiàn)紙帶上沒有點(diǎn)的情況，將復(fù)寫紙更換后，仍然出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。檢查后的發(fā)現(xiàn)是由于紙帶壓在了復(fù)寫紙的上面。就會(huì)使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，但在試驗(yàn)中這樣的情況很常見，因此在對(duì)儀器進(jìn)行安裝時(shí)要注意其順序。

4 結(jié)語

在物理力學(xué)試驗(yàn)中影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素有很多，從本文的研究中可以看出實(shí)驗(yàn)的儀器、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)儀器的安裝等均影響著實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，因此在試驗(yàn)中學(xué)生要注意實(shí)驗(yàn)所用的儀器以及操作方法，同時(shí)要充分了解所做的實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 徐煜凱.常見故障在高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的分析[J].中學(xué)生數(shù)理化（學(xué)習(xí)研究），2016，10：69.

[3] 陳名霞.高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)的探索[D].福建師范大學(xué)，2015.