張軍

(泰州市田家炳實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇 泰州 225300)

高中物理實(shí)驗(yàn)涉及物理學(xué)科的各領(lǐng)域，它既能幫助學(xué)生去探究新的知識(shí)，又能使所學(xué)知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中加以應(yīng)用與體驗(yàn).實(shí)驗(yàn)已成為新課程改革中最為重要的環(huán)節(jié)．當(dāng)今學(xué)生不僅僅要學(xué)會(huì)使用各種實(shí)驗(yàn)器材，完成實(shí)驗(yàn)的相關(guān)操作與數(shù)據(jù)處理，還要能在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，對(duì)問題的答案提出假設(shè)，并能制定解決方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)．新課程要求教師積極引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)習(xí)過的物理知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去解決實(shí)際問題，使學(xué)生真正具備實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)技能．

1 新課程強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)的探究過程

1.1 探究功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)

如圖1，探究“橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出．橡皮筋的彈力是變力，橡皮筋的勁度系數(shù)也是隨長(zhǎng)度變化的；因此彈力所做的功沒有現(xiàn)成的公式可用．但是在相同的位移情況下，用一條橡皮筋做的功為W0，用兩條橡皮筋時(shí)做的功就是2W0.依此類推，可以找出功和速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系．

圖1

1.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)例

設(shè)小車質(zhì)量為250 g，使用的橡皮筋1根至6根，每次增加1根．小車受力的位移即橡皮筋被拉伸的長(zhǎng)度為16 cm.設(shè)一條橡皮筋做的功為W0．先由表1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出功與速度的關(guān)系圖像如圖2.

表1 W/W0與v的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖2 W/W0與v的關(guān)系圖像

由圖2發(fā)現(xiàn)W與v不成正比關(guān)系，圖像好像是拋物線，從而推斷W與v2可能成正比關(guān)系.由此可對(duì)表1中的數(shù)據(jù)做處理，處理后結(jié)果列于表2.然后作出W/W0與v2的關(guān)系圖像如圖3.

圖3 W/W0與v2的關(guān)系圖像

所作的W/W0-v2圖像為過原點(diǎn)向上傾斜的直線，即說明W/W0與v2成正比．此實(shí)驗(yàn)方法無須計(jì)算變力做功的大小，設(shè)計(jì)思路與操作過程充分體現(xiàn)了探究精神．

2 實(shí)驗(yàn)方法多變要能進(jìn)行必要的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

新課程不僅僅要求我們研討課本上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，更要求能運(yùn)用已經(jīng)掌握的物理規(guī)律、實(shí)驗(yàn)方法，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，獨(dú)立設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案．如測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，除了教材中所用的伏安法，還可以有其他多種設(shè)計(jì)方案，下面介紹其中的幾個(gè).

2.1 用一只電流表和電阻箱測(cè)量

圖4

如圖4所示，改變電阻箱R的阻值，測(cè)出不同阻值時(shí)對(duì)應(yīng)的電流表的示數(shù).設(shè)分別為R1，I1和R2，I2．設(shè)被測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為E，r，電流表的內(nèi)阻為RA，則由閉合電路歐姆定律可得

E=I1(R1+r+RA)

E=I2(R2+r+RA)

解得

若采用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則由閉合電路歐姆定律得

E=I(R+r+RA)

(1)

將(1)式轉(zhuǎn)化變?yōu)?/p>

圖5

2.2 用一只電壓表和電阻箱測(cè)量

圖6

如圖6所示，改變電阻箱R的阻值，測(cè)出不同阻值時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓表的示數(shù)，設(shè)分別為R1，U1和R2，U2．設(shè)被測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為E，r，電壓表的內(nèi)阻為RV，則由閉合電路歐姆定律可得

解得

若采用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則由閉合電路歐姆定律得

(2)

將(2)式轉(zhuǎn)化變?yōu)?/p>

圖7

2.3 用兩只電壓表測(cè)量

測(cè)量電路如圖8所示.斷開S時(shí)，測(cè)得兩電壓表的示數(shù)分別為U1，U2.再閉合S，此時(shí)電壓表V1的示數(shù)為U1′．設(shè)被測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為E，r，電壓表V1的內(nèi)阻為RV，則由閉合電路歐姆定律可得

圖8

解得

設(shè)計(jì)型試題從內(nèi)容和形式上突破了大綱和教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的束縛，有助于培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)踐能力，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程的探究性，扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中照著樣子做實(shí)驗(yàn)，依靠死記硬背應(yīng)付考試的現(xiàn)象．

3 實(shí)驗(yàn)在高考中的新理念

物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾樵诟呖贾幸恢闭加邢喈?dāng)重要的地位.高考力圖通過以筆試的形式考查考生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ鼛啄陮?shí)驗(yàn)在高考中的題型不斷變化，真正體現(xiàn)了命題者的指導(dǎo)思想：“出活題，考能力”，“讓只有真正做過實(shí)驗(yàn)的人才能做得出來”．特別是在命題理念上，近幾年來有較大突破，如2010年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試(山東卷)的第23題.

圖9

某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖9所示的裝置來探究加速度與力的關(guān)系．彈簧測(cè)力計(jì)固定在一合適的木板上.桌面的右邊緣固定一支表面光滑的鉛筆以代替定滑輪，細(xì)繩的兩端分別與彈簧測(cè)力計(jì)的掛鉤和礦泉水瓶連接．在桌面上畫出兩條平行線MN，PQ，并測(cè)出間距d．開始時(shí)將木板置于MN處.緩慢向瓶中注水，直到木板剛剛開始運(yùn)動(dòng)為止，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F0，以此表示滑動(dòng)摩擦力的大?。賹⒛景宸呕卦幉醋?繼續(xù)向瓶中注水后，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1，然后釋放木板，并用秒表記下木板運(yùn)動(dòng)到PQ處的時(shí)間 ．

(1)木板加速度可以用d，t表示為a=______；為了減小測(cè)量加速度的偶然誤差可以采用的方法是(一種即可)________________．

(2)改變瓶中水的質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定加速度與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1的關(guān)系．圖10中能表示該同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的是

圖10

(3)與掛鉤碼的方法相比，用注水的方法改變拉力的大小的優(yōu)點(diǎn)是

A．可以改變滑動(dòng)摩擦力的大小

B．可以更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

C．可以比較精確地測(cè)出摩擦力的大小

D．可以獲得更大的加速度以提高實(shí)驗(yàn)精度

本題屬于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，以教材中學(xué)生實(shí)驗(yàn)“探究加速度與力的關(guān)系”為原型，體現(xiàn)了高考源于課本，但又高于課本的理念．本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)器材和方法上均有較大變動(dòng),只有平常對(duì)實(shí)驗(yàn)有深刻體驗(yàn)的學(xué)生，才能充分運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，合理利用實(shí)驗(yàn)器材，科學(xué)地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使實(shí)驗(yàn)真正成為解決問題的一種有效手段．