浅析牛顿第二定律实验的改进

1 牛顿第二定律实验作用与地位

牛顿第二定律是人教版《高中物理新课标教材・必修1》中的第四章第二节实验：探究加速度与力、质量的关系.该实验是联系力学与运动学的桥梁、纽带，是中学物理的核心内容之一.而牛顿第二定律实验是加深对该定律理解与掌握的必要手段，在物理教学中有着举足轻重的地位.该实验是探究加速度与力、质量的关系，对该实验的理解与掌握是学好物理科目的必要条件之一.

书中的实验是：

两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码.实验时小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等.因此，增加小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力.

两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止.打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比.

为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码.

2 笔者认为该实验存在以下不足之处

（1）该实验只能对加速度与力、质量的关系进行定性的研究，而不能进行定量的研究.

（2）考虑失重及摩擦的影响，使小车做匀加速运动的力实际上与小盘和砝码的重力并不相等.

（3）由于小车运动后速度较大且不同，用夹子不能保证两车同时停下来.

（4）该实验虽用控制变量法，却只能进行定性的研究，让学生对该实验信任度降低.

3 结合多年教学，笔者对该实验进行了如下改进

3.1 实验装置器材说明及实验创新与改进之处

（1）利用气垫导轨减少摩擦，利用木架改变高度、改变滑块的质量可以克服失重带来的负面影响.

总之，作为物理教学的一个重要组成部分，实验教学是一线物理教师必须重点关注的教学过程.从实验趣味性，到分组实验教学，再到实验报告的价值反馈，每一个过程都是物理实验教学需要仔细探究的部分.尽可能地让学生参与到实验中来，尽可能地引导学生自主去设计实验、探究实验，引导学生更多的从数学角度对实验数据进行处理，准确地挖掘其中的物理规律.当然，在教学过程中，有一些实验我们无法做到，这怎么办？我们应该充分利用多媒体模拟，可以将抽象的概念形象化，帮助学生更好的理解物理规律.但是要认识到物理是以实验为基础的学科，对事物的认识必须以实验结果为依据，多媒体模拟不能替代学生动手实验.将多媒体模拟、学生动手实验很好地结合起来，可以促进实验教学.

科学的实验方法，本身就要求实事求是的态度，在实验教学中严格要求学生尊重事实，忠于实验数据，反对弄虚作假；要求学生认真对待实验，踏踏实实地进行实验操作，逐步养成严谨治学的科学态度.

结论：在物体质量不变时，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比.即a∝F合.

3.3 综上所述得实验结论

物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，跟物体的质量成反比.就是牛顿第二定律.用国际制单位得a=F合/m.

4 实验效果

（1）利用光电计时器和气垫导轨得到的数据误差很小；

（2）利用软件拟合图线可得到物理量间理想的正比或反比关系；

5 改进后实验自行评价

①再现用平均速度代替瞬时速度及用加速度定义求解的物理过程；

②利用多媒体软件处理，得到较为理想函数关系，学生对实验的可信度大大增强；

③实验效果理想，误差极小，加深了学生对控制变量法在研究物理规律中的理解应用.