對高中物理動能定理的實驗過程分析及改進(jìn)思考

1、    對高中物理動能定理的實驗過程分析及改進(jìn)思考    羅濤摘要：就目前動能定理實驗的發(fā)展近況來看，動能定理實驗過程中仍然存在較大的誤差，根據(jù)現(xiàn)代數(shù)字化系統(tǒng)處理可以在一定程度上減小誤差，將誤差控制在3%以下。傳統(tǒng)的動能定理試驗在一定程度上效率雖然有所提高，但是所造成的誤差也會大大提高，本篇文章根據(jù)動能定理實驗過程的具體細(xì)節(jié)，對該實驗過程進(jìn)行了整體的優(yōu)化。關(guān)鍵詞：回形針質(zhì)量；平衡摩擦；摩擦力做功；動能定理g633.7一、動能定理動能定理簡單來說就是反映一個物體在運動過程中的受力情況，物體在運動過程中會受到各種各樣的力，這些力綜合起來會對運動的物體作出一個

2、總功。物體所受的合外力可以大致分為兩種，一種是恒力，另一種是變力，恒力做功是動能定理的基本原理。在傳統(tǒng)的動能定理實驗過程中，大多數(shù)是采用小車運動從而發(fā)力帶動著紙帶進(jìn)行運動，在整個過程中會出現(xiàn)許許多多的數(shù)據(jù)。物理動能定理實驗過程中，存在誤差較大的就是平衡摩擦中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，所以，我們需要對動能定理實驗過程進(jìn)行優(yōu)化，我們便可以將平衡摩擦中出現(xiàn)的誤差降低到最小。過于理想化的實驗也會導(dǎo)致忽略許多誤差的存在，在一定程度上也大大降低了實驗的難度，會誤導(dǎo)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)。二、分析實驗原理1.實驗原理已知動能定理：合外力所做的功等于動能的變化量，即w合=ek2-ek1首先，我們要來了解一下動能定理的實驗原理，對

3、實驗過程中所涉及到的每一個器材都要進(jìn)行仔細(xì)的檢查，首先要將回形針與滑輪進(jìn)行牢固的連接。在動能定理的實驗過程中，小車的運動完全依靠著回形針的拉力，當(dāng)實驗過程中所運用的回形針質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時，小車在實驗時所做的運動是勻速運動，也就是說小車所受的力是恒力。記錄下小車通過兩光電門的時間t1和t2測出擋光片的寬度d通過計算可得到經(jīng)過兩光電門的速度v1和v2進(jìn)而得到小車經(jīng)過兩光電門的動能變化。如圖所示就是動能定理的大致過程：2.選擇合適質(zhì)量的回形針，提高實驗精度設(shè)小車的值為m，回形針的質(zhì)量為m，細(xì)線對回形針的拉力為t，對小車和回形針作受力分析可得由此可知，只有當(dāng)m遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m時，才可認(rèn)為回形針的重力

4、等于細(xì)線的拉力，小車所受的合外力才可以用回形針的重力來代替。由此可以看出回形針的質(zhì)量決定著整個實驗的質(zhì)量，筆者選取122.9g的小車和不同質(zhì)量的回形針進(jìn)行實驗，得到如表1所示的實驗結(jié)果：回形針的質(zhì)量越小，實驗誤差越小，回形針的質(zhì)量從17.0g到5.2g實驗誤差減小了1.3%。三、實驗改進(jìn)措施1.精準(zhǔn)平衡摩擦物理動能定理實驗過程中，存在誤差較大的就是平衡摩擦中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，所以改進(jìn)實驗過程的第一步就是要精準(zhǔn)平衡摩擦，首先對于力學(xué)軌道的選擇要認(rèn)真仔細(xì)，斷然不可以選擇氣墊導(dǎo)軌來進(jìn)行實驗。氣墊導(dǎo)軌做出來的實驗有時候會過于理想化，過于理想化的實驗就會導(dǎo)致忽略許多誤差的存在，在一定程度上也大大降低了實驗的難

5、度，會誤導(dǎo)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)效率降低。如果選擇了普通的力學(xué)軌道，在實驗的過程中回形針的重力就會被理解成是小車受到的合外力，這樣就可以精準(zhǔn)的對小車進(jìn)行平衡摩擦。2.改進(jìn)平衡摩擦方式之前對于實驗過程中摩擦的平衡過于簡單和粗糙，所以在以后的實驗過程中需要改進(jìn)平衡摩擦的方式，原先在實驗的過程中運用的是墊高軌道的方式來進(jìn)行摩擦力的平衡，這樣的方式對摩擦力的平衡效果不是很好，造成的實驗誤差也相對較大。究其原因是因為用于墊付軌道的物體具有一定的厚度，對于所墊物體的具體數(shù)量也不好掌握，多墊就會導(dǎo)致平衡摩擦過度，少墊則會影響平衡摩擦的效果，這兩點都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在較大的誤差。為了改進(jìn)實驗，我們需要額外再提供一個拉力

6、以便降低實驗的誤差，并且也不需要額外墊高軌道，只需要讓小車在軌道上做勻速運動即可，這樣就可以在一定程度上降低實驗過程中的誤差。三、精準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理在物理動能定理實驗處理過程中，即便是將實驗過程優(yōu)化到最高點，也會出現(xiàn)大大小小的誤差，實驗過程中所出現(xiàn)的摩擦并不能被完全的平衡。實驗來源于實踐，在實際生活的過程中摩擦力做功處處可見，同時也是必不可少的一種力做功現(xiàn)象。在對動能定理實驗過程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)的同時，我們還需要對實驗過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的計算，我們需要對摩擦力做功進(jìn)行仔細(xì)的數(shù)值計算，然后將該數(shù)值計入到合外力所做的總功。四、結(jié)語綜上所述，利用數(shù)字化系統(tǒng)可以減少動能定理實驗過程中的誤差，通過不斷對實驗過程進(jìn)行優(yōu)化和改良，提高實驗對于教學(xué)的現(xiàn)實意義，數(shù)字化信息系統(tǒng)可以精準(zhǔn)的對試驗中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與歸類。傳統(tǒng)的動能定理實驗通過人工實際操作進(jìn)行計算來得出結(jié)論，在一定程度上來說存在的誤差較大，并且耗費大量的人力物力，降低了實驗整體的效率。以上是本人的粗淺之見，文中如有不當(dāng)之處，還望同學(xué)們和教師批評指正。參考文獻(xiàn)：1吳志山.用dis探究變力做功時的動能定理j.物理教師，20102紀(jì)希弟.減少“探究動能定理實驗