如何应对力学实验中的“变脸”艺术

　　在高中物理力学实验中，有些实验的实验原理虽有所不同，但使用的实验装置却很类似。这些实验装置的变式题犹如舞台表演中的“变脸”艺术，摇头一变则可变化无穷。以“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”这个经典实验的装置为例，这个实验装置可以在一些不同的实验中加以应用，学生在面对这些形似而神不似的实验时，往往会有些混淆。本文仅采撷几例，旨在探讨该类题型的规律，并揭示该类题的解题方法，为这类实验问题的教学提供参考。
　　在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”、“验证机械能守恒定律”、“探究恒力做功和物体动能变化间的关系”这三个实验中，它们的实验装置都比较类似，均为同一装置或稍做变形（如用光电门代替打点计时器来测量速度，用气垫导轨代替滑板等），但是考查的原理却截然不同。学生在处理这类问题的变式时，往往会把一些规律、结论张冠李戴。例如是否要平衡摩擦力的问题，是否要满足小车的质量要远远大于钩码质量的问题。为了正确地理解与处理这类问题，我认为可以从以下几个方面来辨析：
　　1.明确实验中研究的力学对象；
　　2.明确实验所需满足的力学条件；
　　3.明确误差的来源及如何减小误差。
　　从这几个方面出发，我针对上述实验设计了下面一些问题：
　　①研究对象是谁？它的合外力是由谁提供的？②能不能有摩擦力？怎么处理摩擦力？③实验中系统误差的来源？
　　在解题过程中，如按照这样的分析思路会有效地突破问题的障碍。
　　实验一：探究加速度与物体质量、物体受力的关系
　　情景描述：如图所示，一辆小车放置在长木板上，一端通过一条细绳与砝码盘相连，另一端通过纸带与打点计时器相连。通过该实验装置探究小车的加速度与小车质量、小车受力的关系。
　　该实验为教材中的经典实验，我们处理的一般思路是：首先明确研究对象，即小车。然后明确实验所要满足的力学条件，即小车所受的合外力由砝码重力提供，但事实上小车的合外力并不等于砝码的重力。其原因有两点：一是实验中没有平衡摩擦力，二是小车的质量不是远大于砝码的质量。所以若要满足实验所需的力学条件，则首先要平衡摩擦力，平衡摩擦力之后小车所受的合外力就等于绳子的拉力。
　　实验中的另一个问题是绳子拉力并不等于钩码的重力，因为系统具有加速度，即小车和砝码都有相同大小的加速度，所以可以分别对小车和砝码列出牛顿第二定律方程：
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