创新实验设计探究动能定理

于晓宁

探究动能定理既是高中物理中一个重要的探究性实验，也是一个验证性实验．教材中设计方案如图１所示，通过改变相同的橡皮筋的条数即改变拉力对小车做的功，测出相应小车最终获得的速度，再通过数据分析达到实验探究的目的．本文通过改变实验原理、实验条件、实验器材，创新实验设计，探究动能定理．

１ 改变实验器材与装置

作用在小车上的拉力可通过拉力传感器来测量;小车的速度可通过光电门来测量;为减小摩擦阻力，可用气垫导轨代替木板．这些改进可以减小传统实验方案中的测量误差，得到更为精确的探究结果．

１ 为了探究动能定理，某实验小组设计了如图２ 所示的实验方案．利用无线力传感器和光电门分别测拉力和速度，力传感器、挡光片固定在玩具小车上，玩具小车通过一绕过定滑轮的不可伸长的细线与小桶相连，无线力传感器可以记录细线对小车的拉力．A 、B 两个光电门固定于水平轨道上．可以通过在小车上加砝码来改变其质量，在小桶中加槽码来改变细线的拉力大小．

（１）请回答以下问题：

① 用天平测量小车、挡光片以及力传感器总质量M ，安装实验仪器．反复调节导轨倾角至合适角度，以补偿小车阻力．在导轨上合适位置放置小车，打开光电门，轻推小车，使小车沿导轨运动，若____，则小车做匀速运动，说明已经达到补偿阻力的目的．

② 在力传感器上系上细线，并将细线绕过定滑轮与小桶相连;将小车放置在图中的C 点处，然后释放小车，在细线拉力作用下，小车开始加速运动，记录小车经过两个光电门的时间，计算小车经过两个光电门时的速度，读出力传感器的拉力，除此之外，本實验还要测量的物理量是_____．

本题探究机械能变化量与力做功的关系，改变了探究动能定理的实验方案与目的，体现了实验的拓展性、开放性、探究性等特点．

总之，探究动能定理的实验创新设计始于对传统实验装置、测量手段及实验数据处理方法的改进，创新的目的是减小实验误差，便于实验操作;创新的视角主要体现在改变实验研究对象，改进实验测量手段与测量技术，创新用图像处理实验数据的方法与技巧