李鐵

(錫山高級(jí)中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214174)

筆者2008年在《物理通報(bào)》第6期，發(fā)表了《運(yùn)用斜面滑塊模型探究牛頓第二定律》[1]的文章，該實(shí)驗(yàn)方法以簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，漂亮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓筆者著迷.2009年筆者以該方法參加江蘇省創(chuàng)新大賽，并獲得省創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng).根據(jù)評(píng)委們的意見(jiàn)，結(jié)合中學(xué)生的思維特點(diǎn)，我對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真的反思，對(duì)諸多實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行了認(rèn)真的修改.筆者認(rèn)為，現(xiàn)在該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可以滿足，原理簡(jiǎn)單、操作方便、結(jié)果準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)要求.

1 簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)原理

如圖1，如果斜面傾角為β角時(shí)，小車沿斜面勻速下滑，則有

圖1

μ=tanβ

(1)

當(dāng)斜面傾角變?yōu)棣葧r(shí)，其受到的合力為

F=Mg(sinθ-μcosθ)=

(2)

1.基板 2.墊塊 3.中旋轉(zhuǎn)基板 4.墊塊

如圖2，首先使中旋轉(zhuǎn)基板3定位于圖1中BD的位置.該操作可以借助數(shù)字毫秒計(jì)或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的監(jiān)控完成.

(1)如圖2，保持AB(如1 m)不變，分別放入三塊直角墊塊(邊長(zhǎng)分別為4×6×10 cm、8×12×10 cm、14×16×10 cm).改變AD的數(shù)值，用直尺測(cè)量出其數(shù)值，就可以得到成倍增加的合外力.

2 方便的實(shí)驗(yàn)操作

以探究牛頓第二定律為例.

(1)如圖2，使中旋轉(zhuǎn)基板3定位于圖1中BD的位置，微調(diào)墊塊2，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的監(jiān)控，使小車6沿軌道5勻速下滑.

(2)如圖2，取AB為1 m，放入直角墊塊，用米尺測(cè)量AD出的數(shù)值.

(3)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶測(cè)量小車加速度a.

表1

表2

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由于不存在課本實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差，測(cè)量的數(shù)據(jù)范圍大，加速度的數(shù)值大，偶然誤差很小，其實(shí)驗(yàn)圖線非常漂亮.下面是用上述實(shí)驗(yàn)原理完成的實(shí)驗(yàn)圖像.

圖3

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).課本實(shí)驗(yàn)盡管實(shí)驗(yàn)方法清楚，但多年來(lái)因?yàn)楹茈y得到定量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，老師們已經(jīng)將其弱化為定性實(shí)驗(yàn)；其繁雜的系統(tǒng)誤差的分析，更讓很多同學(xué)望而卻步.本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是，實(shí)驗(yàn)原理是否簡(jiǎn)單.其實(shí)，坐而論道是不科學(xué)的，還是讓老師將該實(shí)驗(yàn)帶進(jìn)課堂，讓老師的實(shí)踐和同學(xué)的實(shí)踐來(lái)回答.相信答案就在不遠(yuǎn)處.

圖4

1 李鐵.運(yùn)用斜面滑塊模型探究牛頓第二定律.物理通報(bào)，2008(6)：31～33