力學(xué)實驗中幾類圖線彎曲的原因探析

安曉東

摘 要：高中實驗對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)具有重要影響。而結(jié)合力學(xué)實驗實際情況，就高中力學(xué)實驗中幾類圖線彎曲的原因進行了分析，提出了影響因素，以供參考。

關(guān)鍵詞：力學(xué)實驗；圖線彎曲；原因探析

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0218-01

中學(xué)物理實驗被作為較為重要的課程，各個學(xué)校對其視為重要課程被教學(xué)。但對于該課程而言，物理實驗過程涉及多方面的知識及技能，同時也與學(xué)生動手及操作能力息息相關(guān)。作為學(xué)生，做好對實驗課程的預(yù)習(xí)及掌握原理，有助于提高學(xué)生對實驗的掌握程度，對于控制實驗、掌握實驗及避免實驗危險的發(fā)生具有一定的作用。而基于目前實際情況，在實驗中認(rèn)真實驗，而在數(shù)據(jù)分析處理中，圖形繪制中難免會出現(xiàn)原本應(yīng)是直線的結(jié)論莫名出現(xiàn)有規(guī)律的彎曲，且成拋物線形式，這對數(shù)據(jù)分析造成的困擾。常見的實例如下分析與說明。

1 力與加速度實驗裝置數(shù)據(jù)分析中所存在問題說明

關(guān)于力與加速度的關(guān)系，其基本實驗方式下所示：選取8各質(zhì)量一致的砝碼，略微調(diào)節(jié)木板高度后，在掛鉤上掛幾個砝碼，其余砝碼放于小車上，打開紙袋并記錄懸掛砝碼的個數(shù)；依次將小車上的砝碼均勻移至掛鉤上，更換紙帶并測出每個紙帶對應(yīng)的小車加速度U，具體實驗圖例如圖1所示。

分別對上述數(shù)據(jù)進行記錄，具體數(shù)據(jù)如下表1所示，通過對表1數(shù)據(jù)進行分析作圖，如圖2所示。

根據(jù)實際情況，按照正常情況，數(shù)據(jù)分析結(jié)果應(yīng)如圖2所示，即所得的數(shù)據(jù)應(yīng)為一條直線，但通過試驗中，可能會出現(xiàn)一種曲線的可能[1][2]。但對于該列問題，應(yīng)該如何處理，教師在實際教學(xué)中雖然進行了說明，但具體還需學(xué)生了解與掌握，以實現(xiàn)對該實驗的正確掌握。其實，對于該問題，結(jié)合教材，在研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，其研究對象為小車，但如果將砝碼、小車及小車與木板之間的摩擦作為整體進行研究，可存在較多的影響因素。如視小車質(zhì)量為M，掛鉤掛物為m，當(dāng)M遠大于m時，其整體質(zhì)量主要由M決定，此時，即便是力發(fā)生變化，仍可視為整體質(zhì)量M不變，在此時，所得的直線應(yīng)為直線。而隨著M的減輕及m的增加，受摩擦力的影響可能出現(xiàn)輕微曲線的可能。

結(jié)合以上分析，總體來講，在研究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，其目的在于幫助學(xué)生正確研究運動與力的關(guān)系，而對于學(xué)生來講，初學(xué)牛頓定律，所采用的研究方法可能存在不恰當(dāng)之處，或者在理解上所存在一定的難度，為滿足學(xué)生要求，教材在編寫上將不易理解的問體通過實驗的方式進行展示，能起到一定的作用[3]。學(xué)生應(yīng)該采取很好掌握，學(xué)會如何分析應(yīng)對，以便該類知識能夠更多的被學(xué)生所接受并取得較好的效果。

2 研究速度與時間變化規(guī)律中的直線彎曲情況說明

力學(xué)實驗中，速度與時間的變化規(guī)律實驗對學(xué)生掌握力學(xué)關(guān)系及深刻了解物理公式，增強記憶具有重要意義。而學(xué)生在實際實驗過程中，由于多方面的因素，同樣存在彎曲的可能性，加之學(xué)生對數(shù)據(jù)分析能力弱，難免造成學(xué)生對理論知識的了解不充分，影響學(xué)生的判斷，且對知識理解存在一定障礙。具體情況如下分析：

如人教版教材對速度與實踐關(guān)系的實驗進行了以下的設(shè)計，具體示意圖與圖1基本相同，但不需要在掛鉤及小車上放置砝碼，試驗中需要保證的就是能夠是小車發(fā)生勻變速運動即可[4]。這一實驗，實際過程中較好控制，但對數(shù)據(jù)進行分析處理中，實驗所得數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)接頭彎曲的情況，具體分析圖片如圖3所示；以上兩種情況，學(xué)生在分析中存在張冠李戴的情況，如圖中，甲反應(yīng)了在一次勻變速運動中速度V隨時間變化的規(guī)律，而乙則反映了多次勻變速運動中a隨F變化的規(guī)律。如何出現(xiàn)這種彎曲情況，甲圖中反饋出a受某種作用力的影響而慢慢變小，其可能原因是由于實驗過程中定滑輪的調(diào)節(jié)不當(dāng)所導(dǎo)致，即拉線與板面不平行所致，從而使得拉力在水平分力上越來越小，從而導(dǎo)致了以上兩種情況的發(fā)生[5]。因此，作為學(xué)生，在實驗預(yù)習(xí)及實驗過程中應(yīng)控制該類情況的發(fā)生，其可有效避免數(shù)據(jù)不協(xié)調(diào)而導(dǎo)致的對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，誤導(dǎo)學(xué)生對知識的理解。

3 研究機械能守恒定律中的Ek-h關(guān)系中的圖形彎曲情況說明

機械能守恒定律是高中物理中重要的理論依據(jù)，也是高考中必考的基本原理，所占的比分較重，且不易理解。對于該實驗，對實驗結(jié)果造成影響的因素主要有以下兩種，即阻力；即在無阻力的情況下，所得直線的斜率應(yīng)為合力，即mg；如差異結(jié)果不大，則測試所得數(shù)據(jù)應(yīng)為直線，實驗數(shù)據(jù)符合理論要求。但當(dāng)將以上的重錘改為鋁錘等，且在上面設(shè)置擋風(fēng)板，實驗所得的數(shù)據(jù)可能得到的圖形將變成曲線形式[6]。如實驗過程中，開始一段時間，所得速度較小，阻力也小，可以說，兩者之間的合力應(yīng)為恒力，即為一條直線，但隨著時間的變換，速度逐漸增大，相應(yīng)者，阻力也會變大，合力即會隨著時間的變化而越來越小，其最終結(jié)果將可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)呈曲線分布。

4 三類彎曲的實驗小結(jié)與匯總分析

針對以上三種實驗中所得的結(jié)果，可以將實驗所得數(shù)據(jù)出現(xiàn)的情況分為以下幾種情況，首先，先直后曲類，即由于實驗中受力情況發(fā)生變化，其實驗所得的函數(shù)曲線也就出現(xiàn)先直后曲的情況，其結(jié)果導(dǎo)致的原因主要是合力變化所致，實際實驗中，學(xué)生應(yīng)關(guān)注該類問題。其二，近視直線類，即所得的數(shù)據(jù)能夠真實反映函數(shù)的基本情況，所得數(shù)據(jù)也近似一條直線，可以認(rèn)為，該類問題主要是由于數(shù)據(jù)測試誤差所得，總體來講，實驗符合要求。而另一類，所得的線性為非直線，即結(jié)果可能是一條曲線，其測試結(jié)果應(yīng)靈活處理，排除函數(shù)本身非線性外，應(yīng)從實際實驗過程中進行考慮與分析，以查找原因并采取一定措施進行處理，以保證實驗結(jié)果的正確性及可靠性。

參考文獻

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