摘 要：牛顿第二定律是牛顿运动定律的核心.充分理解牛顿第二定律探究性试验的原理和方法，能够进一步对加深该定律的理解，本文将针对教材中牛顿第二定律探究实验的不足，提出实验改进创新的三种常见类型。

关键词：牛顿第二定律的不足；改进；创新

牛顿第二定律是牛顿运动定律的核心.也是经典力学的一个重要支柱，在力学中占有很重要的地位。在高中物理的教学过程中，作为力学与运动学的桥梁，几乎是每一年的高考试题中必考的一个知识点。而充分理解牛顿第二定律探究性试验的原理和方法，能够进一步对加深该定律的理解，在教学过程中，我们让学生经历实验探究过程，在实验过程中掌握实验原理，注重启发性，强化探索性，并培养学生大胆创新的精神，培养学生的思维能力和实践能力，将科学探究与物理知识有机地结合起来，这样才能促进学生的全面发展。本文将针对教材中，牛顿第二定律探究实验的不足和改进创新的三种常见类型进行展开讨论，以期给大家的学习带来些许帮助。

一、 教材实验方案中存在的不足

1. 需要平衡摩擦力。用重力的分力来抵消摩擦力，使小车在不挂重物时恰能够做匀速直线运动。但是如何判断小车是否已经做匀速直线运动呢？若仅从纸带打点的均匀性来判断是否匀速，必然存在一定的偶然误差。

2. 需要满足小车质量远大于重物质量。在探究过程中由于系统处于失重状态，必须满足当小车质量M远大于重物质量m时，才可以认为绳对小车的拉力大小近似为盘及盘中砝码的重力，所以存在系统误差。

3. 利用纸带来求加速度往往由于选择哪一段纸带，或者操作原因打点的点迹不清晰等问题，也会存在较大的偶然误差。

二、 针对以上不足，本实验还可以从以下方面进行改进创新

（一） 实验方法的改进和创新，利用整体法回避测量拉力

利用图1中的装置探究物体加速度与其所受合外力之间的关系。图中置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮；轻绳跨过滑轮，一端与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5个，每个质量均为0.010 kg。实验步骤如下：

1. 将5个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以在木板上匀速下滑。

2. 将n（依次取n=1，2，3，4，5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n个钩码仍留在小车内；用手按住小车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t相对于其起始位置的位移s，绘制s-t图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。

3. 利用不同的n对应的a值作出a-n图像。从图像可以看出：当物体质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。创新之处：本实验在探究加速度与物体受合力的关系时，在平衡掉摩擦力的前提下，充分利用整体法的思想，使小滑车与钩码的系统总质量不变，进而探究该系统的合外力与加速度的关系，回避了细线拉力的测量问题，使实验原理进一步得到了完善，回避了系统误差。

（二） 如图2，实验器材的改进创新

1. 用气垫导轨代替长木板。将气垫导轨代替长木板，直接消除摩擦力的影响。

2. 利用光电门来替代打点计时器和纸带。利用光电门来替代打点计时器和纸带，就避免了选择哪段纸带，或者点迹不清晰的问题，提高了实验的精确度

3. 利用DIS系统，如位移传感器、拉力传感器和速度传感器等，直接测量相关的物理量避免误差。

创新之处：①利用光电门来替代打点计时器和纸带以及利用气垫导轨，相对于教材中设计的实验，消除了摩擦力的影响，减少了偶然误差的影响，提高了实验的精度。②利用力传感器直接准确地测量出了细线拉力F的大小，避免利用钩码重力来充当滑块的所受拉力，有效地消除了系统误差；另外利用气垫导轨来消除摩擦力的影响，从而使绳上的拉力就是小车所受的合力，和教材中原有实验平衡摩擦力的方法相比较更简单、更容易操作。

（三） 利用多力平衡的知识，实验操作的方法进行创新改进

如图3，一端系在滑块上的轻质细绳通过转轴光滑的轻质滑轮，另一端挂一钩码，通过适当调整垫高长木板带滑轮的另外一端，直至轻推滑块，能使滑块沿长木板向下做匀速直线运动为止；

保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，接好纸带，接通打点计时器的电源，待打点稳定后，讓滑块沿长木板滑下，根据力的平衡规律，可以很容易得出钩码的重力就是小车所受的合力，这样就不需要钩码的重力远小于滑块重力这个条件，有效避免了系统误差。

创新之处：本实验虽然所使用的器材与教材相同，但是通过变更操作方式，巧妙地利用了学生所熟悉的多力平衡的知识，即在多力平衡的前提下，剩下的合力应该与撤去的力大小相等，方向相反。将系统误差化解于无形中，避免了教材上实验的方法所造成的系统误差。

总之，由以上几种创新方案分析可知，我们在平时物理实验教学过程中，应抓住实验目的，从实验器材、实验方法、实验操作过程、实验原理等入手进行深入分析实验的优缺点，淡化结论的简单记忆，注重培养学生过程分析能力和知识迁移能力。

作者简介：吴赞明，福建省南平市，南平市高级中学。