实验方案的设计与可行性分析

摘 要：物理学科是典型的以实验探究和验证作為基础研究方法的自然科学学科门类，因此切实做好高中阶段物理实验探究课程教学活动过程中的实验方案优化设计工作，以及可行性研究分析工作，是保障和支持高中阶段物理学科知识内容教学活动顺利获取最佳预期效果的重要前提条件。验证牛顿第二定律的实验作为研究背景，围绕实验方案的设计与可行性论题，择取两个具体方面展开了简要的分析论述。

关键词：实验方案；设计；可行性；牛顿第二定律

牛顿第二定律的基本内容描述了物体自身的质量、物体在运动过程中的加速度，以及物体在实际运动过程中所受合外力之间的物理制约关系。遵照牛顿第二定律的基础表述，对于已经明确给定的物体对象而言，其在实际运动过程中所具备的加速度大小，与其实际所受的合外力大小之间呈严格的正比例关系。在我国高中阶段物理学科知识内容的教学实践过程中，牛顿第二定律的教学引入呈现环节是借由实验探究方案的设计和实施过程具体完成的，因而切实做好牛顿第二定律验证实验方案的设计工作和可行性研究工作，对于保障和支持实际化的实验探究教学工作过程稳定进行且顺利地获取最佳预期效果，具备不容忽视的作用。有鉴于上述研究背景，本文将以验证牛顿第二定律的实验作为研究对象，围绕实验方案的设计与可行性展开简要的分析论述。

一、可行性分析工作在实验方案设计过程中的重要作用分析

实验探究教学环节是高中阶段物理学科知识内容日常教学过程中的重要组织形式，而切实做好高中物理学科探究性教学实践过程中的实验方案设计工作，是保障和支持高中物理学科实验探究教学环节顺利获取最佳预期效果的重要前提条件。

从高中物理学科基础性实验探究方案设计工作的具体化组织开展路径角度展开分析。“可行性”问题的基本内涵主要涉及两个具体方面，其一是要确保实际设计形成的高中物理学科实验探究技术操作方案在现有的探究式实验教学环境以及器材配备支持下能够稳定且顺利地组织开展；其二是要确保实际设计形成的高中物理学科实验探究教学实践方案在具体运用过程中通过最优化方案，能够较为稳定且顺利地获取到预期的实验结果。

二、牛顿第二定律验证实验的方案设计思路分析

选取控制变量法完成验证牛顿第二定律实验的设计工作环节，其基础性的实验探究仪器装置如下图所示：

在借由上图中所示的实验探究装置完成牛顿第二定律的验证实验过程中，小车实验仪器实际获取的加速度a数值大小和矢量方向特点，通常借由外力F，小车本身的质量m共同决定，因而在具体针对物理学参数量指标a，F和m的数量关系展开研究分析过程中，应当借由对控制变量研究方法的运用，分步骤且系统性地完成针对牛顿第二定律的验证性实验探究教学环节。

在具体运用本文中选取的实验装置开展牛顿第二定律验证实验过程中，可以借由垫高未安装滑轮的长木板一侧的操作方法，在具体实验过程中，使小车能够沿着长木板做匀速直线运动，继而等效完成对实验装置中的摩擦力因素的平衡处理。

在本文列示的物理学实验研究设计方案之中，较为有效且充分地引入和运用了物理学中有关等效转化的基础性逻辑研究分析思想。小车在长木板上完成匀加速直线运动的过程中，由于其本身会遭遇到一定大小的摩擦阻力的影响作用，且在改变小车的总体质量过程中摩擦阻力的大小数值通常也会发生一定变化，且这一因素通常会对具体实验研究过程中实验结果的准确性造成极其显著的影响，为有效确保高中物理学科实验探究教学方案顺利进行，应当在现有的实验探究应用器材基础上，针对已有的实验装置展开系统有效的平衡摩擦力处理，保障实验教学环节顺利进行。

本文以验证牛顿第二定律的实验作为研究背景，围绕实验方案的设计与可行性论题，择取可行性分析工作在实验方案设计过程中的重要作用分析，以及牛顿第二定律验证实验的方案设计思路分析两个具体方面展开了简要的分析论述，旨在为我国高中阶段物理学科任课教师构筑和提供经验参考支持条件，切实做好实验探究方案的优化设计工作。

参考文献：

[1]陈正海.“验证牛顿第二定律实验”两个系统误差的修正探讨[J].物理教学探讨，2013（11）：67-68.

[2]蔡毅强，张锐波.提高验证牛顿第二定律实验精度的创新和改进[J].物理通报，2014（10）：82，84，86.

作者简介：孟凡超，男（2000.9—）汉族，山东泰安人，高中生。

编辑 赵飞飞

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