實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與可行性分析

摘 要：物理學(xué)科是典型的以實(shí)驗(yàn)探究和驗(yàn)證作為基礎(chǔ)研究方法的自然科學(xué)學(xué)科門類，因此切實(shí)做好高中階段物理實(shí)驗(yàn)探究課程教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，以及可行性研究分析工作，是保障和支持高中階段物理學(xué)科知識(shí)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)順利獲取最佳預(yù)期效果的重要前提條件。驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)作為研究背景，圍繞實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與可行性論題，擇取兩個(gè)具體方面展開(kāi)了簡(jiǎn)要的分析論述。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)方案；設(shè)計(jì)；可行性；牛頓第二定律

牛頓第二定律的基本內(nèi)容描述了物體自身的質(zhì)量、物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度，以及物體在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受合外力之間的物理制約關(guān)系。遵照牛頓第二定律的基礎(chǔ)表述，對(duì)于已經(jīng)明確給定的物體對(duì)象而言，其在實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所具備的加速度大小，與其實(shí)際所受的合外力大小之間呈嚴(yán)格的正比例關(guān)系。在我國(guó)高中階段物理學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，牛頓第二定律的教學(xué)引入呈現(xiàn)環(huán)節(jié)是借由實(shí)驗(yàn)探究方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程具體完成的，因而切實(shí)做好牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)工作和可行性研究工作，對(duì)于保障和支持實(shí)際化的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)工作過(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行且順利地獲取最佳預(yù)期效果，具備不容忽視的作用。有鑒于上述研究背景，本文將以驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)作為研究對(duì)象，圍繞實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與可行性展開(kāi)簡(jiǎn)要的分析論述。

一、可行性分析工作在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要作用分析

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)環(huán)節(jié)是高中階段物理學(xué)科知識(shí)內(nèi)容日常教學(xué)過(guò)程中的重要組織形式，而切實(shí)做好高中物理學(xué)科探究性教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)工作，是保障和支持高中物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)環(huán)節(jié)順利獲取最佳預(yù)期效果的重要前提條件。

從高中物理學(xué)科基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)探究方案設(shè)計(jì)工作的具體化組織開(kāi)展路徑角度展開(kāi)分析?！翱尚行浴眴?wèn)題的基本內(nèi)涵主要涉及兩個(gè)具體方面，其一是要確保實(shí)際設(shè)計(jì)形成的高中物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究技術(shù)操作方案在現(xiàn)有的探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境以及器材配備支持下能夠穩(wěn)定且順利地組織開(kāi)展；其二是要確保實(shí)際設(shè)計(jì)形成的高中物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)實(shí)踐方案在具體運(yùn)用過(guò)程中通過(guò)最優(yōu)化方案，能夠較為穩(wěn)定且順利地獲取到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

二、牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)思路分析

選取控制變量法完成驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作環(huán)節(jié)，其基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)探究?jī)x器裝置如下圖所示：

在借由上圖中所示的實(shí)驗(yàn)探究裝置完成牛頓第二定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，小車實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)際獲取的加速度a數(shù)值大小和矢量方向特點(diǎn)，通常借由外力F，小車本身的質(zhì)量m共同決定，因而在具體針對(duì)物理學(xué)參數(shù)量指標(biāo)a，F(xiàn)和m的數(shù)量關(guān)系展開(kāi)研究分析過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)借由對(duì)控制變量研究方法的運(yùn)用，分步驟且系統(tǒng)性地完成針對(duì)牛頓第二定律的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)環(huán)節(jié)。

在具體運(yùn)用本文中選取的實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)展牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以借由墊高未安裝滑輪的長(zhǎng)木板一側(cè)的操作方法，在具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使小車能夠沿著長(zhǎng)木板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，繼而等效完成對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置中的摩擦力因素的平衡處理。

在本文列示的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)方案之中，較為有效且充分地引入和運(yùn)用了物理學(xué)中有關(guān)等效轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)性邏輯研究分析思想。小車在長(zhǎng)木板上完成勻加速直線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于其本身會(huì)遭遇到一定大小的摩擦阻力的影響作用，且在改變小車的總體質(zhì)量過(guò)程中摩擦阻力的大小數(shù)值通常也會(huì)發(fā)生一定變化，且這一因素通常會(huì)對(duì)具體實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成極其顯著的影響，為有效確保高中物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)方案順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)用器材基礎(chǔ)上，針對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)裝置展開(kāi)系統(tǒng)有效的平衡摩擦力處理，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)順利進(jìn)行。

本文以驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)作為研究背景，圍繞實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與可行性論題，擇取可行性分析工作在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要作用分析，以及牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)思路分析兩個(gè)具體方面展開(kāi)了簡(jiǎn)要的分析論述，旨在為我國(guó)高中階段物理學(xué)科任課教師構(gòu)筑和提供經(jīng)驗(yàn)參考支持條件，切實(shí)做好實(shí)驗(yàn)探究方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

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作者簡(jiǎn)介：孟凡超，男（2000.9—）漢族，山東泰安人，高中生。

編輯 趙飛飛