对高中物理动能定理的实验过程分析及改进思考

罗涛

摘要：就目前动能定理实验的发展近况来看，动能定理实验过程中仍然存在较大的误差，根据现代数字化系统处理可以在一定程度上减小误差，将误差控制在3%以下。传统的动能定理试验在一定程度上效率虽然有所提高，但是所造成的误差也会大大提高，本篇文章根据动能定理实验过程的具体细节，对该实验过程进行了整体的优化。

关键词：回形针质量；平衡摩擦；摩擦力做功；动能定理

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一、动能定理

动能定理简单来说就是反映一个物体在运动过程中的受力情况，物体在运动过程中会受到各种各样的力，这些力综合起来会对运动的物体作出一个总功。物体所受的合外力可以大致分为两种，一种是恒力，另一种是变力，恒力做功是动能定理的基本原理。在传统的动能定理实验过程中，大多数是采用小车运动从而发力带动着纸带进行运动，在整个过程中会出现许许多多的数据。物理动能定理实验过程中，存在误差较大的就是平衡摩擦中出现的数据，所以，我们需要对动能定理实验过程進行优化，我们便可以将平衡摩擦中出现的误差降低到最小。过于理想化的实验也会导致忽略许多误差的存在，在一定程度上也大大降低了实验的难度，会误导学生在今后的学习。

二、分析实验原理

1.实验原理

已知动能定理：合外力所做的功等于动能的变化量，即W合=Ek2-Ek1

首先，我们要来了解一下动能定理的实验原理，对实验过程中所涉及到的每一个器材都要进行仔细的检查，首先要将回形针与滑轮进行牢固的连接。在动能定理的实验过程中，小车的运动完全依靠着回形针的拉力，当实验过程中所运用的回形针质量远远小于小车的质量时，小车在实验时所做的运动是匀速运动，也就是说小车所受的力是恒力。记录下小车通过两光电门的时间t1和t2测出挡光片的宽度d通过计算可得到经过两光电门的速度v1和v2进而得到小车经过两光电门的动能变化。如图所示就是动能定理的大致过程：

2.选择合适质量的回形针，提高实验精度

设小车的值为M，回形针的质量为m，细线对回形针的拉力为T，对小车和回形针作受力分析可得

由此可知，只有当M远远大于m时，才可认为回形针的重力等于细线的拉力，小车所受的合外力才可以用回形针的重力来代替。由此可以看出回形针的质量决定着整个实验的质量，笔者选取122.9g的小车和不同质量的回形针进行实验，得到如表1所示的实验结果：回形针的质量越小，实验误差越小，回形针的质量从17.0g到5.2g实验误差减小了1.3%。

三、实验改进措施

1.精准平衡摩擦

物理动能定理实验过程中，存在误差较大的就是平衡摩擦中出现的数据，所以改进实验过程的第一步就是要精准平衡摩擦，首先对于力学轨道的选择要认真仔细，断然不可以选择气垫导轨来进行实验。气垫导轨做出来的实验有时候会过于理想化，过于理想化的实验就会导致忽略许多误差的存在，在一定程度上也大大降低了实验的难度，会误导学生在今后的学习效率降低。如果选择了普通的力学轨道，在实验的过程中回形针的重力就会被理解成是小车受到的合外力，这样就可以精准的对小车进行平衡摩擦。

2.改进平衡摩擦方式

之前对于实验过程中摩擦的平衡过于简单和粗糙，所以在以后的实验过程中需要改进平衡摩擦的方式，原先在实验的过程中运用的是垫高轨道的方式来进行摩擦力的平衡，这样的方式对摩擦力的平衡效果不是很好，造成的实验误差也相对较大。究其原因是因为用于垫付轨道的物体具有一定的厚度，对于所垫物体的具体数量也不好掌握，多垫就会导致平衡摩擦过度，少垫则会影响平衡摩擦的效果，这两点都会导致数据存在较大的误差。为了改进实验，我们需要额外再提供一个拉力以便降低实验的误差，并且也不需要额外垫高轨道，只需要让小车在轨道上做匀速运动即可，这样就可以在一定程度上降低实验过程中的误差。

三、精准进行数据处理

在物理动能定理实验处理过程中，即便是将实验过程优化到最高点，也会出现大大小小的误差，实验过程中所出现的摩擦并不能被完全的平衡。实验来源于实践，在实际生活的过程中摩擦力做功处处可见，同时也是必不可少的一种力做功现象。在对动能定理实验过程进行优化改进的同时，我们还需要对实验过程中出现的数据进行精准的计算，我们需要对摩擦力做功进行仔细的数值计算，然后将该数值计入到合外力所做的总功。

四、结语

综上所述，利用数字化系统可以减少动能定理实验过程中的误差，通过不断对实验过程进行优化和改良，提高实验对于教学的现实意义，数字化信息系统可以精准的对试验中的数据进行计算与归类。传统的动能定理实验通过人工实际操作进行计算来得出结论，在一定程度上来说存在的误差较大，并且耗费大量的人力物力，降低了实验整体的效率。以上是本人的粗浅之见，文中如有不当之处，还望同学们和教师批评指正。

参考文献：

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[3]倪妮，刘磊.动能定理实验过程的改进思考[J].物理教学探究，2013

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