“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中科學(xué)方法分析

張巖松

(山東省泰安第十九中學(xué)，山東 泰安 271000)

在人教版高中物理必修第一冊(cè)中，第四章第二節(jié)是“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，要求學(xué)生提出猜想，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，得出結(jié)論，該實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法。

1 控制變量法

該實(shí)驗(yàn)利用了控制變量的科學(xué)方法，在物體質(zhì)量一定時(shí)，探究其加速度與所受合外力的關(guān)系；在物體所受合外力一定時(shí)，探究其加速度與質(zhì)量的關(guān)系，從而得出牛頓第二定律：F=Ma。

2 補(bǔ)償法

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，用墊塊把木板的一側(cè)墊高，以補(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車(chē)的阻力及其他阻力。具體做法是：通過(guò)移動(dòng)墊塊來(lái)調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使小車(chē)在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板做勻速運(yùn)動(dòng)。補(bǔ)償?shù)哪康闹饕瞧胶饽Σ亮Γ瑢?shí)驗(yàn)中應(yīng)注意：(1) 在定滑輪下不要掛砂桶。(2) 平衡好摩擦力之后，改變小車(chē)質(zhì)量時(shí)，不需要再重新平衡摩擦力。

圖1

3 近似方法

4 等效替代法

在平衡了摩擦力之后，小車(chē)受到的合外力等于細(xì)線(xiàn)的拉力F。由于M?m，小車(chē)受到的合外力可以用砂和砂桶的重力mg來(lái)代替，運(yùn)用了等效替代法。

5 圖像法

該實(shí)驗(yàn)在利用所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，利用了圖像法，圖像法具有形象直觀(guān)的特點(diǎn)，可以方便學(xué)生自主得出結(jié)論。

6 化曲為直法

圖2

圖3

7 擬合法

圖4

8 誤差分析方法

任何實(shí)驗(yàn)都存在誤差，誤差是不可避免的，下面就本實(shí)驗(yàn)中存在的誤差進(jìn)行分析。

(1) 系統(tǒng)誤差

(2) 偶然誤差

偶然誤差是人為因素造成的，能夠設(shè)法減小。本實(shí)驗(yàn)的偶然誤差存在于以下三個(gè)方面：

① 摩擦力平衡不準(zhǔn)確。偶然誤差減小措施為：調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶點(diǎn)跡間隔盡量均勻。

② 質(zhì)量、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的測(cè)量不準(zhǔn)確，偶然誤差減小措施為多次測(cè)量，取平均值。

③ 作圖不準(zhǔn)確。偶然誤差減小措施為：在描點(diǎn)作圖時(shí)，使盡量多的點(diǎn)落在直線(xiàn)上，不在直線(xiàn)上的點(diǎn)盡量均勻分布在直線(xiàn)的兩側(cè)，舍去離直線(xiàn)較遠(yuǎn)的點(diǎn)。

另外，求加速度時(shí)需要利用逐差法，即利用公式xn+3-xn=3aT2計(jì)算加速度，可以減少偶然誤差。

9 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于探究實(shí)驗(yàn)，探究的手段和方法很多，但是原理是不會(huì)變化的，正所謂“萬(wàn)變不離其宗”。因此，無(wú)論哪個(gè)實(shí)驗(yàn)，無(wú)論采用何種科學(xué)方法，都要首先弄懂實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)的靈魂。

挖掘?qū)嶒?yàn)中蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法，它的意義超越了實(shí)驗(yàn)本身。這些思想和方法是人類(lèi)在認(rèn)識(shí)自然規(guī)律的過(guò)程中形成的，它閃爍著人類(lèi)智慧的光芒，能夠把遮住真理的黑暗照亮，是一代代科學(xué)家集體智慧的結(jié)晶。學(xué)生在理解和掌握這些科學(xué)思想和方法后，將會(huì)遷移、運(yùn)用在學(xué)習(xí)、生活的方方面面，無(wú)論將來(lái)從事什么職業(yè)，都會(huì)有所幫助和啟迪。