力学实验中几类图线弯曲的原因探析

安晓东

摘 要：高中实验对学生动手能力的培养具有重要影响。而结合力学实验实际情况，就高中力学实验中几类图线弯曲的原因进行了分析，提出了影响因素，以供参考。

关键词：力学实验；图线弯曲；原因探析

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0218-01

中学物理实验被作为较为重要的课程，各个学校对其视为重要课程被教学。但对于该课程而言，物理实验过程涉及多方面的知识及技能，同时也与学生动手及操作能力息息相关。作为学生，做好对实验课程的预习及掌握原理，有助于提高学生对实验的掌握程度，对于控制实验、掌握实验及避免实验危险的发生具有一定的作用。而基于目前实际情况，在实验中认真实验，而在数据分析处理中，图形绘制中难免会出现原本应是直线的结论莫名出现有规律的弯曲，且成抛物线形式，这对数据分析造成的困扰。常见的实例如下分析与说明。

1 力与加速度实验装置数据分析中所存在问题说明

关于力与加速度的关系，其基本实验方式下所示：选取8各质量一致的砝码，略微调节木板高度后，在挂钩上挂几个砝码，其余砝码放于小车上，打开纸袋并记录悬挂砝码的个数；依次将小车上的砝码均匀移至挂钩上，更换纸带并测出每个纸带对应的小车加速度U，具体实验图例如图1所示。

分别对上述数据进行记录，具体数据如下表1所示，通过对表1数据进行分析作图，如图2所示。

根据实际情况，按照正常情况，数据分析结果应如图2所示，即所得的数据应为一条直线，但通过试验中，可能会出现一种曲线的可能[1][2]。但对于该列问题，应该如何处理，教师在实际教学中虽然进行了说明，但具体还需学生了解与掌握，以实现对该实验的正确掌握。其实，对于该问题，结合教材，在研究加速度与力、质量的关系时，其研究对象为小车，但如果将砝码、小车及小车与木板之间的摩擦作为整体进行研究，可存在较多的影响因素。如视小车质量为M，挂钩挂物为m，当M远大于m时，其整体质量主要由M决定，此时，即便是力发生变化，仍可视为整体质量M不变，在此时，所得的直线应为直线。而随着M的减轻及m的增加，受摩擦力的影響可能出现轻微曲线的可能。

结合以上分析，总体来讲，在研究加速度与质量关系时，其目的在于帮助学生正确研究运动与力的关系，而对于学生来讲，初学牛顿定律，所采用的研究方法可能存在不恰当之处，或者在理解上所存在一定的难度，为满足学生要求，教材在编写上将不易理解的问体通过实验的方式进行展示，能起到一定的作用[3]。学生应该采取很好掌握，学会如何分析应对，以便该类知识能够更多的被学生所接受并取得较好的效果。

2 研究速度与时间变化规律中的直线弯曲情况说明

力学实验中，速度与时间的变化规律实验对学生掌握力学关系及深刻了解物理公式，增强记忆具有重要意义。而学生在实际实验过程中，由于多方面的因素，同样存在弯曲的可能性，加之学生对数据分析能力弱，难免造成学生对理论知识的了解不充分，影响学生的判断，且对知识理解存在一定障碍。具体情况如下分析：

如人教版教材对速度与实践关系的实验进行了以下的设计，具体示意图与图1基本相同，但不需要在挂钩及小车上放置砝码，试验中需要保证的就是能够是小车发生匀变速运动即可[4]。这一实验，实际过程中较好控制，但对数据进行分析处理中，实验所得数据容易出现接头弯曲的情况，具体分析图片如图3所示；以上两种情况，学生在分析中存在张冠李戴的情况，如图中，甲反应了在一次匀变速运动中速度V随时间变化的规律，而乙则反映了多次匀变速运动中a随F变化的规律。如何出现这种弯曲情况，甲图中反馈出a受某种作用力的影响而慢慢变小，其可能原因是由于实验过程中定滑轮的调节不当所导致，即拉线与板面不平行所致，从而使得拉力在水平分力上越来越小，从而导致了以上两种情况的发生[5]。因此，作为学生，在实验预习及实验过程中应控制该类情况的发生，其可有效避免数据不协调而导致的对实验结果产生影响，误导学生对知识的理解。

3 研究机械能守恒定律中的Ek-h关系中的图形弯曲情况说明

机械能守恒定律是高中物理中重要的理论依据，也是高考中必考的基本原理，所占的比分较重，且不易理解。对于该实验，对实验结果造成影响的因素主要有以下两种，即阻力；即在无阻力的情况下，所得直线的斜率应为合力，即mg；如差异结果不大，则测试所得数据应为直线，实验数据符合理论要求。但当将以上的重锤改为铝锤等，且在上面设置挡风板，实验所得的数据可能得到的图形将变成曲线形式[6]。如实验过程中，开始一段时间，所得速度较小，阻力也小，可以说，两者之间的合力应为恒力，即为一条直线，但随着时间的变换，速度逐渐增大，相应者，阻力也会变大，合力即会随着时间的变化而越来越小，其最终结果将可能导致数据呈曲线分布。

4 三类弯曲的实验小结与汇总分析

针对以上三种实验中所得的结果，可以将实验所得数据出现的情况分为以下几种情况，首先，先直后曲类，即由于实验中受力情况发生变化，其实验所得的函数曲线也就出现先直后曲的情况，其结果导致的原因主要是合力变化所致，实际实验中，学生应关注该类问题。其二，近视直线类，即所得的数据能够真实反映函数的基本情况，所得数据也近似一条直线，可以认为，该类问题主要是由于数据测试误差所得，总体来讲，实验符合要求。而另一类，所得的线性为非直线，即结果可能是一条曲线，其测试结果应灵活处理，排除函数本身非线性外，应从实际实验过程中进行考虑与分析，以查找原因并采取一定措施进行处理，以保证实验结果的正确性及可靠性。

参考文献

[1]李勇，王文娟.高中物理实验教学的几点思考[J].中国教育技术装备，2013，（14）：56.

[2]张训池.如何做好高中物理实验教学工作[J].电子制作，2013，（04）：48.

[3]王志民.我的有效教学观[J].吉林教育，2012，（33）：67-68.

[4]苏秀民.例谈高中物理实验的改进[J].中国教育技术装备，2012，（32）：32.

[5]谢剑龙.高中物理实验教学途径与方法探究[J].中国校外教育，2012，（23）：29.

[6]郦剑锋.新课程背景下提高高考物理复习效率的有效措施[J].现代阅读（教育版），2012，（06）：51.endprint