浅析加速度与力、质量的关系实验的改进与创性

覃杨婷

平果高级中学 广西百色 531499

摘要：本文主要分析了速度与力、质量的关系，对现有的教学手段进行了简单的介绍。对传统的问题进行了分析，并指出了其存在的问题以及可以改进的方面。针对一些问题，提出相关的改进与创性。通过一些具体的研究来进行整个实验的改进。对于力和位移传感器的研究，使用轨道滑块儿和气垫。通过不同方面的阐述，对于加速度与力、质量的关系的实验进行了一些创造性的改进。相信在实际的使用当中也会能够更好的完成实验。对于整个的实验改进有着巨大的贡献。

关键词：加速度；力；质量；改进；创性

引言：“速度与力、质量的关系实验”在整个物理学习的过程当中有着关键的作用。现在的教学还是存在着一些问题。对实验的准确性把握不够。具体来说因为一些学校的设施过于老旧，就使得整个实验在控制变量方面不能够很好的把握，最终造成了整个实验不够准确。加速与力、质量的关系的实验，在整个物理的学习当中的地位不言而喻。如果能够拥有一个良好的实验使得同学对于整个力、质量、加速度的关系有着充分的认识，必然会对后面的学习有着好的把握。加速度的学习，对整个物理学习都有着重要的意义，无论是后面的哪一章的学习当中，都会用到加速度这个概念。而现实的情况是对于加速的实验还是不能够很好的进行。

1. 加速度与力、质量的关系实验的现状

学生在之前课堂当中已经掌握了质量是惯性的唯一决定因素后。经过充分的掌握后，学习这一段物理内容是不可避免的。也是学习牛顿第二定律的一个必不可少的环节，也是牛顿第二定律的实验的理论基础。这个实验是一个探究型的实验。因为探究型实验比验证型实验更难。对于充分的学习第二定律“功与速度变化关系的研究”的研究与实验非常重要，此外同时也要进行实验培训来提高学生的对于实验的把握程度。这是很重要的。在本文的论述当中，一些材料、器具不断得到改进。比如倾斜整个轨迹，这样手推车可以在没有负载的情况下均匀移动。这是一种克服摩擦的方法，但并不是那么容易。而有一些课本采用的方法是通过不断地调整赛道的坡度，这样车就不会在刚好在吊起重物的时候出现移动的现象。

然而，也存在着一定的问题，虽然它可以更好的工作，但是依然存在很大的理论误差。在理论情况下，滑动摩擦力大于最大静摩擦力，当小车刚刚下落时，重力落在斜面上。分力略大于最大静摩擦力，那么也大于滑动摩擦力。此外，该实验还与小车重力载荷的变化有关。若要更改手推车负载，可以使用之前实验教程中的挂钩码的方法。在挂钩码中，不仅很难满足“手推车的质量远远大于物体的重量”。并且，物品只可以调整到很小的质量，不能有很多组的实验。导致这个实验的结果是一个存在误差的实验。同时实验所需的测量数据也会比较多。此外，在学习过程中，老师们发现没有学生在实验后再进行学习和探究。直接对数据进行处理，并对实验结果进行评价。此外还有更多的问题。正是由于上述的一些问题，以下作者将对实验进行改进与创性。

2. “探究加速度与力、质量的关系”实验改进的指导思路的简单探讨

“平衡摩擦法”在教材中使用的有关问题，主要是因为不能准确地确定水中倾角和摩擦力之间的平衡。平面的角度为60度。因此，本人首先根据小车和钢轨的相关理论进行计算。轨道倾斜时的动摩擦系数以求摩擦力的平衡。进一步求出水平坡度60度的状态，以便学生可以进行角度的测量。角度的计算可以在平衡摩擦时精确地确定倾斜度。此外，用重力和基本相同重量的钉子代替钩子来改变小车上的载荷，不仅可以满足小车的质量，而且比质量要好得多。另一个方面，“货物质量”条件和倾斜程度可以调整到更大范围。通过上述的方法可以减少多组实验中的随机误差，加强实验的准确度。在计算的过程中，也可以使用相关的数据处理软件可以让你更清楚的观察。所以过程变得越来越简单，但是数字图像越来越清晰，实验结果越清晰。当然，它也可以帮助学生及时看到实验结果进而改进实验。

“牛顿第二定律”是作为动力学基础的牛顿运动定律的基础，它深刻地揭示了运动与动力关系的本质。为了帮助学生更好地理解牛顿第二定律，学生在学习中学习定量的思想是很重要的。因此，有必要对加速度、力和质量之间的关系进行实验研究。至于《探索加速度、功率、质量三者之间的关系》实验，人民教育出版社的物理必修一对《如何比较两辆小车的位移》和《如何进行纸带打点》两个实验项目进行了详细的阐述与解释。在这两种试验方案中，在研究小车加速度和小车载荷之间的关系时都存在系统性误差。毫无疑问，令人遗憾的是，高中物理中如此重要的实验都是在不准确的情况下中进行的，而且存在系统误差。为了消除上述实验方案的系统误差，本人在教程中详细分析了实验方案产生系统误差的原因，并提出了具体的改进措施。如下图所示，一个例子是名为“单带打孔”的试验装置。

程序的系统误差分析如下：

本例中显示的物理体积需要测量，例如手推车的总外部负载、手推车的质量、手推车的加速度等。其中，手推车的质量和加速度容易测量，而手推车的合外力在付出的努力却很难量化，大学和少数高中处于用力传感器准确读数的状态，但只是仪器成本较高，不能广泛使用。在用传统方法检查小车加速度与小车载荷之间的关系时，在保持小车质量不变的情况下，通过改变重物和重物的质量来改变手推车所受的总重力。平衡小车摩擦后，绳子对小车的拉力就是小车受到的力，但几乎总是没有很好地测量绳子的拉力。当在程序中处理数据时，重物的总重力被用作对绳子的拉力。

然而，在实践中，当重物松开时和小车一起加速运动，重物向下移动时，施加在小车上的力显然不等于拉绳的力。而不是拉绳子，也就是在处理数据时，很明显，作为重量和驱动力的重量的总重力载荷是不正确的，并且这种误差随着重量的增加而增加。这是程序系统中的错误。

为了减少系统误差，最大限度地使手推车的总负载量与重物的总重力相匹配，教科书强调这样的条件：“砝码和砝码盘的总质量必须小于小车的质量。”一方面，这种情况很难让学生理解。另一方面，即使满足这一实验要求，实验的系统误差仍然存在。为了改进实验方案，消除系统误差，本人做了以下改进：改变实验装置，选择和调整学习枕头的位置，并选择它作为小车的研究对象^[2]，如下图所示。平衡运动(沿斜面，按重量，按重量)的重量和重量。在这种情况下，重量和重量重力之和等于绳索牵引力的值。当拉出绳索、砝码和砝码盘时，每个壶铃的重量和重量等于沿向下轨迹匀速运动时的总重力。为了在每次添加或减少砝码时在系统中实现新的平衡，需要相应地将垫子位置调整到左侧或右侧。

3. 改进与创性的具体研究

1. 力和位移传感器

按照实验连接装置、钩线和手推车。发吗后面增加了一个力传感器。发射器安装在手推车上，与手推车一起在轨道上运行。传感器接收器固定在弹道末端。摩擦力已经平衡。

1. 实验原理：

在这个版本中，使用传感器直接读取拉力F。该装置可以使用x-T2来获得随时间变化的小车位移。图像中的倾斜度显示a/2，这间接表示手推车的加速度。更改车身质量，更改挂钩代码来改变拉力F以研究与手推车加速度的关系。

2. 记录和数据处理：

在一些实验过程中，根据实验数据在图像a和F中获得了几组实验数据。图为手推车加速度表明a与产生的F成正比。

3. 利弊分析:

优势：在这个试点项目中,由位移传感器间接检测加速度，这样的一个科学的测量工具，可以得到准确可靠的数据。力传感器捕获小车推力F的真实值。使用重力绳索代替拉力。在有条件的情况下，实验不需要测量钩码m的质量。该传感器可以有效地消除系统误差^[1]。

缺点：在F的情况下，不可能研究实验方案。

2. 使用轨道、滑块和气垫

上述试点具有共同特点，也就是万事万物都是指绳索上的两个物体，就是绳索上的小车。在绳子伸展的影响下，做均匀加速的动作。关键是进行实验性的改进和创新。例如，气垫轨的一端放在卧式工作台上，另一端留在一边。只有与导轨平行的弹簧。在顶部安装两个带有数字定时器的光电门。带有倾斜气垫船导轨的均匀和加速滑下。

1. 实验原理：

标尺是用来测量滑块M的质量的，只用一个弹簧就可以测量。下降斜度游标卡尺时的总滑块功率。并且，计时器允许使用光电门和计时器直接确定。利用控制变量进行以下实验：调整升降台的高度，改变导轨的角度。更改f的值，而不更改质量m滑块。使用滑块添加配重，同时调整升降台的高度。不改变结果的f，改变滑块的质量m不改变滑块的质量。更改参考线的角度。从得到的图像显示了手推车a的加速。同时调整升降台的高度，以确保没有标记仅限弹簧的F值。更改相应的滑块的配重。多次实验得到一组可靠的数据。最后得出小车的加速度与质量m成反比。

2. 利弊分析：

优点：在本实验中，仅用弹簧测量的滑块的重力分量显示沿坡度的结果，没有系统误差。特别是数字计时器直接测量滑块运动的加速度。这个实验使研究a和F成为可能。此外，这个实验也很好的改变钢轨角度以改变协同效应F并增加角度。质量好，使用方便，操作方便。

缺点：滑块质量，纸带宽度必须测量。滑块的重力除以倾斜平面。测量这些物理量，可能造成随机读取错误。

4. 结束语

实验后改进的操作变得更准确，实验产生的误差比较小。比较能帮助学生理解它。实验的准确性提高。

参考文献

1. 李敏,马瑞.“探究加速度与力、质量的关系”实验的改进[J].中学物理教学参考,2021,50(11):62-63.

2. 关健波.以探究加速度与力、质量关系的实验改进为例谈力学实验的创新[J].高中数理化,2020(03):51-52.