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牛顿第二定律在高中物理教学中占有重要的地位，在广东近三年的高考中也屡次出现.本文对课堂演示实验的几种方案从原理的科学性、操作的可行性、实验结果的方便性等三个方面进行对比，并利用传感器和excel、Logger Pro软件配合进行实验结果的检验.
一、教材分析
牛顿第二定律在高中物理教学中占有重要地位，这一知识点既是重点也是难点.该定律作为联系力和运动的桥梁，要求学生对匀变速运动规律、物体受力情况的分析和对各种力的求解熟练掌握，同时要求学生能在“知道受力求解物体运动状态参量”和“知道物体运动状态参量求解受力”之间灵活转换.
在《普通高中课程标准实验教科书 物理 （必修一）》中，将这一定律的教学分解为3节：影响加速度的因素（第二节）、探究加速度与力、质量的定量关系（第三节）、牛顿第二定律（第四节）.这样就把难点分解，使学生从感性认识到理性分析，从定性了解到定量计算，逐步深入，更容易掌握牛顿第二定律这一重要规律的本质意义.
而本章的课堂演示实验在课堂教学的过程中充当着相当重要的作用.做好这个实验，能让学生在上节课定性了解“加速度、力和质量的关系”的基础上更进一步从定量的角度去理解牛顿第二定律的数量关系及三个物理量之间的逻辑关系.
二、实验方案及其对比
图1方案1： 这是教材中的方案.如图1，将打点计时器固定长木板远离滑轮的一端，不可伸长的轻质细线跨过光滑的定滑轮后一端固定钩码，另一端与小车相连.纸带穿过打点计时器的限位孔，拉紧纸带使小车紧靠打点计时器.
实验步骤：1.平衡摩擦力.不挂钩码，逐渐垫高木板没有滑轮的一端，接通打点计时器电源，轻推小车，直到纸带上留下的点迹间隔均匀.2.在细线一端挂上适量的钩码，拉紧纸带，接通打点计时器电源，释放纸带.记录钩码的质量m、计算小车的加速度a.3.不改变小车质量，适量增加钩码的个数，重复第2步几次.4.在满足m< 在这个方案中，为了数据记录的方便，采取了近似的手段——小车所受合外力F近似等于钩码重力mg，但实际上F 对小车和钩码分别作受力分析，如图2所示.
对小车和钩码分别应用牛顿第二定律
图2图3从以上分析可知，小车真正的合外力是细线的拉力T，mg比T大.在Microsoft Excel软件中根据以上公式计算出细线拉力T，以加速度a为纵坐标，分别以钩码重力mg和细线拉力T为横坐标，作出散点图如右图所示.由图可见，a-T图是一过原点的直线，而a-mg图则明显偏离，且mg越大，mg与合力T之间的偏差越明显.若小车质量M=500 g，当mg=50 g时，偏差已达10%，这种“近似”明显不合理.
由数据分析可知，当m 但在实际操作中发现，有如下三个问题：
1.若m过小，由于滑轮的摩擦力未在“平衡摩擦力” 步骤中计入，小车不能被拉动.
2.若加速度过小，本实验无论采取打点计时器还是位置传感器，在计算加速度时都会出现较大的偶然误差而令实验结果大受影响.
3.本实验在学生认知的过程中起到重要的作用，它是学生理解“加速度的影响因素”及“加速度如何受到力、质量的影响”的实验依据，如果实验中采用了“近似”地记录合外力，必然影响实验的可信性.
方案2：如图4，利用动滑轮及力传感器，直接测量细线的拉力.使用位置传感器测量小车的加速度.
图4实验步骤：1.平衡摩擦力.2.将细线的一端连结小车，跨过定滑轮和动滑轮后与力传感器连结.3.将钩码悬吊在动滑轮下，牵引小车使动滑轮靠近定滑轮.4.开始采集数据，释放小车.5.记录力传感器示数的平均值F，在Logger pro软件中求出位置传感器示数的斜率，即为小车的加速度a.6.改变钩码的个数，重复步骤3～5多次.7.分别以小车的加速度a、所受的合外力F为纵坐标和横坐标，画出a-F图.
相对方案1，钩码的质量无须再测量，在平衡好摩擦力的前提下，可以认为力传感器测量的数据即为小车真正的合外力，无须再“近似”.
但应用该方案2进行“探究加速度与质量的关系”时，由于细线的拉力会随着小车质量M的改变而改变，因此，小车所受的合外力并不是严格的一个恒力.
方案3：如图5， 将研究对象从小车改为小车与钩码所组成的整体.
图5实验步骤：1.测量钩码及小车的总质量M、每个钩码的质量.2.将部分钩码Δm放在小车上，平衡摩擦力.3.将步骤2中的剩余钩码m挂在悬线末端，牵引小车直至钩码靠近定滑轮，开始采集数据，释放小车.4.记录小车加速度a、钩码质量m.5.将小车内的钩码Δm转移到悬吊的钩码下，重复步骤3、4.6.分别以加速度a、钩码的重力mg为纵坐标和横坐标，画出系统的a-F图.
据上面的分析，只要不改变钩码、小车的总质量，只将钩码从小车上转移到悬吊的钩码下，便可在保证系统总质量不变的情况下改变其所受合外力.本方案适合演示“探究加速度与质量的关系”，但需向学生说明该实验的研究对象是钩码及小车.
以上三种方案，各有优缺点.第一种方案，优点是装置简单，演示的规律性强，缺点是有较明显误差；第二种方案，优点是误差极小，缺点时对器材要求较高；第三种方案，优点是装置简单，缺点是需要引入“系统”这一课程标准外的概念.
总之，演示实验在物理教学中有重要作用，随着科学技术的发展，同一个问题在课堂上的演示方法也许有多种，但在设计演示实验时应遵循一些基本原则：突出重点关键、排开次要细节；看得清楚明白，装置力求简单；演示讲解结合，启发学生思索.不论采用哪一种方案，都应以为教学服务为最终目的
[广州大学附属中学 （510050）]
一、教材分析
牛顿第二定律在高中物理教学中占有重要地位，这一知识点既是重点也是难点.该定律作为联系力和运动的桥梁，要求学生对匀变速运动规律、物体受力情况的分析和对各种力的求解熟练掌握，同时要求学生能在“知道受力求解物体运动状态参量”和“知道物体运动状态参量求解受力”之间灵活转换.
在《普通高中课程标准实验教科书 物理 （必修一）》中，将这一定律的教学分解为3节：影响加速度的因素（第二节）、探究加速度与力、质量的定量关系（第三节）、牛顿第二定律（第四节）.这样就把难点分解，使学生从感性认识到理性分析，从定性了解到定量计算，逐步深入，更容易掌握牛顿第二定律这一重要规律的本质意义.
而本章的课堂演示实验在课堂教学的过程中充当着相当重要的作用.做好这个实验，能让学生在上节课定性了解“加速度、力和质量的关系”的基础上更进一步从定量的角度去理解牛顿第二定律的数量关系及三个物理量之间的逻辑关系.
二、实验方案及其对比
图1方案1： 这是教材中的方案.如图1，将打点计时器固定长木板远离滑轮的一端，不可伸长的轻质细线跨过光滑的定滑轮后一端固定钩码，另一端与小车相连.纸带穿过打点计时器的限位孔，拉紧纸带使小车紧靠打点计时器.
实验步骤：1.平衡摩擦力.不挂钩码，逐渐垫高木板没有滑轮的一端，接通打点计时器电源，轻推小车，直到纸带上留下的点迹间隔均匀.2.在细线一端挂上适量的钩码，拉紧纸带，接通打点计时器电源，释放纸带.记录钩码的质量m、计算小车的加速度a.3.不改变小车质量，适量增加钩码的个数，重复第2步几次.4.在满足m<
对小车和钩码分别应用牛顿第二定律
图2图3从以上分析可知，小车真正的合外力是细线的拉力T，mg比T大.在Microsoft Excel软件中根据以上公式计算出细线拉力T，以加速度a为纵坐标，分别以钩码重力mg和细线拉力T为横坐标，作出散点图如右图所示.由图可见，a-T图是一过原点的直线，而a-mg图则明显偏离，且mg越大，mg与合力T之间的偏差越明显.若小车质量M=500 g，当mg=50 g时，偏差已达10%，这种“近似”明显不合理.
由数据分析可知，当m
1.若m过小，由于滑轮的摩擦力未在“平衡摩擦力” 步骤中计入，小车不能被拉动.
2.若加速度过小，本实验无论采取打点计时器还是位置传感器，在计算加速度时都会出现较大的偶然误差而令实验结果大受影响.
3.本实验在学生认知的过程中起到重要的作用，它是学生理解“加速度的影响因素”及“加速度如何受到力、质量的影响”的实验依据，如果实验中采用了“近似”地记录合外力，必然影响实验的可信性.
方案2：如图4，利用动滑轮及力传感器，直接测量细线的拉力.使用位置传感器测量小车的加速度.
图4实验步骤：1.平衡摩擦力.2.将细线的一端连结小车，跨过定滑轮和动滑轮后与力传感器连结.3.将钩码悬吊在动滑轮下，牵引小车使动滑轮靠近定滑轮.4.开始采集数据，释放小车.5.记录力传感器示数的平均值F，在Logger pro软件中求出位置传感器示数的斜率，即为小车的加速度a.6.改变钩码的个数，重复步骤3～5多次.7.分别以小车的加速度a、所受的合外力F为纵坐标和横坐标，画出a-F图.
相对方案1，钩码的质量无须再测量，在平衡好摩擦力的前提下，可以认为力传感器测量的数据即为小车真正的合外力，无须再“近似”.
但应用该方案2进行“探究加速度与质量的关系”时，由于细线的拉力会随着小车质量M的改变而改变，因此，小车所受的合外力并不是严格的一个恒力.
方案3：如图5， 将研究对象从小车改为小车与钩码所组成的整体.
图5实验步骤：1.测量钩码及小车的总质量M、每个钩码的质量.2.将部分钩码Δm放在小车上，平衡摩擦力.3.将步骤2中的剩余钩码m挂在悬线末端，牵引小车直至钩码靠近定滑轮，开始采集数据，释放小车.4.记录小车加速度a、钩码质量m.5.将小车内的钩码Δm转移到悬吊的钩码下，重复步骤3、4.6.分别以加速度a、钩码的重力mg为纵坐标和横坐标，画出系统的a-F图.
据上面的分析，只要不改变钩码、小车的总质量，只将钩码从小车上转移到悬吊的钩码下，便可在保证系统总质量不变的情况下改变其所受合外力.本方案适合演示“探究加速度与质量的关系”，但需向学生说明该实验的研究对象是钩码及小车.
以上三种方案，各有优缺点.第一种方案，优点是装置简单，演示的规律性强，缺点是有较明显误差；第二种方案，优点是误差极小，缺点时对器材要求较高；第三种方案，优点是装置简单，缺点是需要引入“系统”这一课程标准外的概念.
总之，演示实验在物理教学中有重要作用，随着科学技术的发展，同一个问题在课堂上的演示方法也许有多种，但在设计演示实验时应遵循一些基本原则：突出重点关键、排开次要细节；看得清楚明白，装置力求简单；演示讲解结合，启发学生思索.不论采用哪一种方案，都应以为教学服务为最终目的
[广州大学附属中学 （510050）]