“串烧式”纸带实验复习法

任建方

摘 要：在高中力学实验中涉及打点计时器纸带的实验一直是高考的重点，考核的知识点多而繁杂，很多学生在复习的时候盲目的记忆与背诵，总是把握不住方向，掌握不了复习要领，导致知识点模糊不清，考试失分严重。所以我们需要一种高效系统的方法进行全面的复习。

关键词： 纸带实验；系统复习；平衡摩擦力

高中涉及打点计时器纸带的实验中共有四个，分别是1.探究小车速度随时间的变化规律2.探究加速度与力、质量的关系3.探究做功与速度变化的关系4.验证机械能守恒定律。通过比较他们的实验原理，我们可以发掘出一条主线把他们串联起来：四个实验在操作的时候都会涉及到摩擦力，但是他们对摩擦力的处理方式却有所不同，导致选取的实验仪器、操作方式、运动情况都有所差异。这种串烧式的复习方法具体阐述为：

一、探究加速度与力、质量的关系

实验中小车运动时，必然会受到摩擦力，那么如何处理摩擦力对实验的影响呢？我们从原理上来分析，实验中质量可以通过天平测量，加速度可以通过打点计时器的纸带计算，但是如何测量出合力呢？因为摩擦力无法测量，所以我们第一步骤就是平衡摩擦，这样小车受到的合力就为绳子对小车的拉力，但是绳子的拉力也不方便测量，所以我们第二步骤，就是让绳子拉力等于绳子另一端所挂物的总重力。我们对所挂物进行受力分析结合它有向下的加速度可知，，所以所挂物重力大于绳子拉力的，如果要两者近似相等，必须满足的条件是加速度a相对小一点，要做到加速度小，必须满足的前提是所挂物的质量远远小于小车的质量（），即用轻的物体去拉重的物体，产生的加速度必然小。因为所挂物必须质量小的物体，所以我们在器材选取的时候选质量小的砝码而不是质量大的钩码。可用公式表达为：

实验一：探究加速度与质量、力之间的关系

二、探究做功与速度变化的关系

这个实验小车运动过程中也会受到摩擦力的作用，那么这里需要平衡摩擦力吗？ 答案是肯定的。因为我们需要测量出合力做功，而由于摩擦力做的功无法计算，所以在平衡摩擦力以后，合力做功即为橡皮筋拉力做功。而随着橡皮筋条数的增加，橡皮筋拉力做功也是成倍的增加，那么我们就可以研究做功均匀增加的情况下，速度的变化情况或者速度平方的变化情况来达到实验目的。因此小车的运动先做加速度越来越小的加速，再做匀速运动。

实验二：探究做功与速度变化的关系

三、验证机械能守恒定律

验证机械能守恒的时候我们无法平衡摩擦力，那么我们怎么减小摩擦力对实验的影响呢。 我们从减小摩擦力的角度去分析：1.保证打点计时器两限位孔竖直，减小与纸带的摩擦2.手提纸带末端，使整条纸带保持竖直3.把电磁打点计时器换成电火花打点计时器4.重物选取大质量的重锤（减小摩擦力的相對量）如此操作可以尽量减小摩擦力对实验的影响，重物的加速度接近于重力加速度。

实验三：验证机械能守恒定律

四、探究速度随时间变化规律

本实验只要通过打点计时器测量出速度，受到的摩擦力对实验的目的没有影响，所以我们无需处理摩擦力。因此运动时的加速度也没有确定性。

五、总结

综上所述，我们可以总结得出下表：

笔者大胆估计将来实验题的一个大致命题趋势就是把几个实验联合对比就某一个知识点进行考核。单一的单个力学实验考察，对绝大部分学生已经没有多大的挑战，然而通过这种联合对比式的命题方式可以涉及更多的实验，从而考察学生对所有实验的理解程度与综合运用能力，对考生提出了更高的要求。因此我们复习更应该有目的性，有策略，多挖掘各个力学实验之间的联系与区别。用一条主线串联相关实验，以点带面，引申到各个细节，构建力学实验复习的知识框架，达到更全面、更高效的复习目的。