山东省东营市胜利第二中学(257051)杨金虎
物理是一门实验科学，实验既是物理的重要内容，又是物理研究的重要手段。《探究加速度与质量、力的关系》实验是新课程实验考查的重点和热点，这一实验可以从实验设计、实验步骤、实验数据处理、误差分析等诸多角度设置问题，检验学生的综合实验能力，能很好地凸显新课程的教学要求。
该实验研究小车（或滑块）的加速度a与其所受的合外力F、小车质量M的关系，实验装置的主体结构如图1所示。由于涉及到3个变量的关系，采用控制变量法，即：控制小车的质量M不变，讨论a与F的关系；控制托盘和钩码的质量不变，改变小车的质量M，讨论a与M的关系。
实验中加速度和力的测量方法具有探究意义，下面就该实验中几个重要问题进行分析，欣赏不同实验方法带来的科学之美。
1对比分析法
在两条高低不同的导轨上放置两辆小车，车的一端连接细绳，细绳的另一端跨过定滑轮挂一个小桶；车的另一端通过细线连接到一个卡口上，同时释放两辆小车。两辆小车从静止开始做匀加速直线运动，相同时间内通过的位移与它们的加速度成正比，因此实验中不必计算出加速度，可以采用比较位移的方法，比较加速度的大小。
例如，某小组设计双车位移比较法来探究加速度与力的关系。通过改变砝码盘中的砝码来改变拉力大小。已知两车质量均为200g，实验数据见表1。分析表中数据可得到结论：在实验误差范围内，当小车质量保持不变时，由于S正比于F，说明a正比于F。
如此设计实验，简单快捷得出结论，适用于定性分析，往往用于牛顿第二定律的新授课。缺点是没有详实的实验数据作支撑，论证严谨程度不够。
2纸带分析方法
例如，“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图2（甲）所示。在平衡小车与木板之间摩擦的过程中，打出了1条纸带如图2（乙）所示。计时器打点的时间间隔为0．02 s。从比较清晰的点起，每5个点取1个计数点，量出相邻计数点之间S1=7.05 cm，S2=7.68 cm，S3=8?33 cm，S4=8.95 cm，S5=9.61 cm，S6=10.26 cm，则A点处瞬时速度的大小是m/s2，小车运动的加速度计算表达式为，加速度的大小是m/s2（计算结果保留两位有效数字）。
这样设计实验，实验器材易得，且符合学生知识生成的过程。缺点是需要分析的数据较多。倘若描点作图，用“a-F”、“a-M-1”图像分析，虽然函数关系看起来一目了然，但花费时间较长。
3气垫导轨结合光电门计时法
3.1速度的测量
如图3所示，挡光片宽度Δx已知，用计时测速仪测出挡光片通过光电门时的时间Δt,即可测出平均速度。因为Δx很小，该平均速度可以近似为挡光片通过光电门时的瞬时速度，即：
MUJ-5B计时仪能直接计算并显示速度。
3.2加速度的测量
设置两个光电门，测出挡光片通过两个光电门的速度v1、v2和挡光片在两个光电门之间的运动时间t，就可以测出加速度。
MUJ-5B计时仪能直接计算并显示加速度。
例如，笔者所做的实验数据及处理过程如下。
（1）由数据记录，可得到a与F的关系：
可以认为：当质量不变时，在误差范围内，加速度与合外力成正比。
（2）由数据记录，可得a与M-1的关系。
可以认为，合外力不变时，在误差范围内物体的加速度与质量成反比。
气垫导轨很好地减小了阻力，实验结果很理想，优质课评选时教师利用它做演示实验效果会非常好。
4结束语
不同的实验设计各有优势和缺憾，教师应该结合教学实际情景灵活选用，因地制宜，以有利于教学实践为目的。
收稿日期：2014-02-14
