呂晴霞

摘 要：針對目前高考中力學(xué)實驗題型變化多端，考生往往難以下手的實際，總結(jié)了高中物理力學(xué)實驗的重點類型，從探究物理加速度與外力、質(zhì)量的關(guān)系，功與物體速度變化的關(guān)系以及機械能守恒定律的驗證三個方面總結(jié)了“板”“車”模型的簡單應(yīng)用，分析了相關(guān)注意事項。為力學(xué)實驗的復(fù)習(xí)提供思路和參考。

關(guān)鍵詞：“板”“車”模型；力學(xué)實驗；探究

歷年高考中全國卷和新課標(biāo)卷涉及的一些實驗題目，所包含的類型大致可以概括成“一力和一電”的題型。試卷中不僅考察教材中原有的學(xué)生實驗，還考察一些演示實驗。更為重要的是有時會將不同的實驗器材和各類實驗方法進(jìn)行重新組合形成新的實驗內(nèi)容，題目之新穎，種類之繁多讓人目不暇接。也使得很多考生總感覺對實驗題無從下手。筆者就個人多年來在力學(xué)實驗復(fù)習(xí)中所獲心得體會總結(jié)出來以資討論借鑒。

高中物理課本中力學(xué)實驗主要有以下七個實驗：①探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系；②驗證力的平行四邊形定則；③研究勻變速直線運動的規(guī)律；④驗證牛頓第二定律；⑤分析和考察對某一物體做功與其所對應(yīng)的速度改變之間的作用關(guān)系；⑥探究平拋物體的運動規(guī)律（在某些地方不作為考試的范圍）；⑦驗證機械能守恒定律。這些實驗不外乎考察以下幾點：1.重點關(guān)注于一些物理技能以及技巧，熟練掌握不同設(shè)備以及裝置所具有的自身特性。如直尺、游標(biāo)卡尺以及螺旋測微器的讀數(shù)、打點計時器、秒表、光電門、頻閃照相機等的應(yīng)用。2.將實驗中所涉及的相應(yīng)的原理作為重點，同時，依據(jù)本來的原理采取一定的方法而科學(xué)的轉(zhuǎn)換與拓展。比方研究物體的勻變速直線運動和求動摩擦因數(shù)等。高考命題理念一直倡導(dǎo)源于課本而又不拘泥于課本，因此抓住實驗的靈魂——實驗原理，正是我們突破實驗的重要切入點。3.倡導(dǎo)分析討論的能力，講究實驗品質(zhì)的培養(yǎng)。比方對于數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析與處理，實驗中所產(chǎn)生的誤差探究和過程改進(jìn)，也可能涉及一些相對開放的實驗內(nèi)容等和新課標(biāo)中所包含的一標(biāo)多本理念的交匯。4.利用已有知識進(jìn)行創(chuàng)新性實驗的設(shè)計。比如設(shè)計多個測量重力加速度或動摩擦因數(shù)又或彈簧的勁度系數(shù)的計劃。尤其是關(guān)于力學(xué)知識的一些設(shè)計類型實驗內(nèi)容在最近幾次高考中有逐漸加強的趨勢，而以長木板和小車（以下簡稱為“板”“車”模型）組合裝置為背景的實驗尤為多見。

一、探究物體加速度與外力、質(zhì)量的關(guān)系

例一、圖1-1所示，是采取拉力傳感裝置以及速度傳感裝置來分析與研究“物體所具有的加速度和其所受到外力之間的作用情況”，使用相應(yīng)的拉力傳感裝置，來讀出該實驗中小車所受到的拉力值。同時，將相應(yīng)的速度傳感裝置放置于A、B處，且A與B之間的距離為L=48.0cm。同時，記錄并讀出小車經(jīng)過A點、B點處的速率值大小。

1.本實驗所進(jìn)行的相應(yīng)步驟為：①把相應(yīng)的拉力傳感裝置安放于小車之上。②使小車所受到的摩擦力處于平衡狀態(tài)，使小車做__運動。③將一根較細(xì)的繩任一端系于相應(yīng)的拉力傳感裝置，在其另外的一端經(jīng)由一個定滑輪，而和鉤碼連接。④將電源開關(guān)合并之后小車在C點被釋放出去，使其受到繩的拉力而向前運動，此時讀出繩所給予小車的拉力值F，并且讀取小車經(jīng)過A點與B點處的相應(yīng)速度大小VA和VB。⑤將鉤碼的數(shù)目做出一定的增減，并進(jìn)行第④步驟的操作。

2.再圖1-2里展示了本次實驗過程中所讀取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，VB2-VA2代表了在A處與B處的速度傳感裝置讀取的數(shù)值的平方差。那么，我們可以得出小車相應(yīng)加速度的表達(dá)公式為a=。并把圖1-2里第3次進(jìn)行的實驗數(shù)據(jù)補充至表中（結(jié)果要求保留三位有效數(shù)字）。

3.通過圖1-2里的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，用坐標(biāo)紙描繪出a-F之間的關(guān)系曲線。

二、分析與研究做功和物體速度改變之間的作用關(guān)系

例二、在某次實驗中我們進(jìn)行了對“做功和物體速度改變之間的作用關(guān)系”分析與研究。學(xué)生利用實驗室的器材設(shè)計并安裝出如圖2-1中的實驗裝置，并且學(xué)生還在實驗室中獲得了打點計時裝置配套的電源、天平、刻度尺、導(dǎo)線若干、復(fù)寫紙若干、紙帶若干、砝碼若干等物品。

同學(xué)們進(jìn)行了如下的實驗：把長木板的左端采用墊塊墊高一點，使小車所受到的摩擦力處于平衡狀態(tài)；對所使用的托盤和砝碼進(jìn)行稱量，得到其中質(zhì)量為M；將電源的開關(guān)關(guān)閉，并使小車由速度為零的狀態(tài)開始運動，并使小車帶著與之相聯(lián)的紙帶共同前進(jìn)。圖2-2所示為同學(xué)們在實驗過程里所獲取的帶打印點的紙帶。①通過對紙帶分析得出其（左端或者右端）和小車連接在一起。②若所采用的電源頻率是50Hz，而相應(yīng)的紙帶中我們將五個點看成是一個計數(shù)點，同時采用相應(yīng)的刻度尺得到相鄰兩個計數(shù)點距離值大小。再打點1時，小車所擁有的速率為V1=__m/s，打點3時小車所擁有的速率為V3=m/s（數(shù)值都保留兩位有效數(shù)字）。③稱量出的M值為0.10Kg，如果把托盤與砝碼所受到的重力當(dāng)成是小車所受的外力值，那么，小車在1點至3點的階段，外力對其做功值W合=J（g取9.8m/s2結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

三、驗證機械能守恒定律

例三、利用氣墊導(dǎo)軌來檢驗并證明機械能的守恒，所采用的相對應(yīng)裝置見圖3-1。在處于水平位置的桌面上，安放上具有一定斜度的氣墊導(dǎo)軌，在其上方的A位置有一個滑塊，其上方帶有一個長方形狀的遮光片，滑塊和遮光片的質(zhì)量總和是M，滑塊的左側(cè)和細(xì)線及小球連接，細(xì)線經(jīng)由光滑的定滑輪而系有小球，且小球的質(zhì)量是m?；戏降恼诠馄溟L邊和導(dǎo)軌互相垂直。在B位置安放了相應(yīng)的光電門，能夠測出遮光片在經(jīng)由此處時所擋住光線的總時長t，并且用d代表A位置至光電門B處所具有的距離值大小，用b代表遮光片所擁有的寬度值大小，把遮光片經(jīng)由電門時的平均速度值當(dāng)成是滑塊經(jīng)由B位置處的瞬時速度值。實驗時滑塊在A處由靜止開始運動。

滑塊通過B點的瞬時速度可表示為；某次實驗測得傾角，重力加速度用g表示，滑塊從A到達(dá)B時m和M組成的系統(tǒng)動能增加量可表示為ΔEk=，系統(tǒng)的重力勢能減少量可表示為ΔEp= ，在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEk=ΔEp則可認(rèn)為系統(tǒng)的機械能守恒；在上次實驗中，某同學(xué)改變A、B間的距離，作出的圖像如圖3-2所示，并測得M=m，則重力加速度g= m/s2。

由以上各例可見，無論是實驗中考查加速度，力還是功和速度或是能量問題都可在“板車”模型的背景下靈活出題。且問題挖掘的地方不外乎三處：1.在小車的牽引力上做文章，若由沙桶或勾碼的重力提供則往往為了減小誤差需滿足m﹤﹤M的條件，但若是由拉力傳感器或彈簧測力計則無需考慮上述條件。2.在獲得速度和加速度的方式上變換器材，供選擇的儀器有打點計時器、光電門和頻閃照相機等。要掌握好各自的數(shù)據(jù)處理方法。3.利用圖像法處理數(shù)據(jù)仍然還是熱點和難點。但只要抓住基本原理，由實驗原理的原始方程出發(fā)，通過改寫變形以線性圖像為目標(biāo)即可得到合適的函數(shù)方程。明確了圖像的斜率和截距的意義問題也就迎刃而解了。

（作者單位：甘肅省民樂縣第一中學(xué)）