【摘要】在各地高考試卷中，物理對實(shí)驗(yàn)的考查均占較大的比例，相對而言，實(shí)驗(yàn)題出題范圍較為狹窄，得分也較容易，本文通過“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，來說明如何提高實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的效率。

【關(guān)鍵詞】高考；實(shí)驗(yàn)；嫁接；模型遷移

高考實(shí)驗(yàn)題的考查一般分2題，第一題為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)題，考查學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。第二題為能力實(shí)驗(yàn)題，一般由課本實(shí)驗(yàn)變形而來，主要考查學(xué)生應(yīng)用物理解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力，包括：實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，器材的選取、裝配、操作，數(shù)據(jù)的讀取和分析，誤差分析以及優(yōu)化方案等等。

題目：在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50HZ，重力加速度g=9.8m/s2，試驗(yàn)中得到一條清晰地紙帶，把第一個(gè)點(diǎn)記作點(diǎn)O，測出相連4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D到O點(diǎn)的距離分別為：62.99cm，70.18cm，77.76 cm，85.73 cm；根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)，重力勢能的減少量為J，動能的增加量為J。（取3位有效數(shù)字）

解：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可得：T=1/f=0.02s

物體從O到C點(diǎn)重力勢能的減少量：

△Ep=mghoc=m×9.8×0.7776=7.62m

C點(diǎn)是BD的時(shí)間中點(diǎn)，Vc===3.89m/s

物體動能的增加量為：△Ek=mVc2=×m×（3.89）2=7.56m

結(jié)論：誤差允許范圍內(nèi)，物體重力勢能的減少量等于動能的增加量，物體的機(jī)械能守恒。

誤差原因分析：

1.第一個(gè)點(diǎn)O點(diǎn)不一定是物體開始下落時(shí)的起點(diǎn)，應(yīng)多打幾條紙帶，選擇1、2兩點(diǎn)之間的距離約為2mm的紙帶。

2.由于長度測量帶來的偶然誤差。減小辦法：一是測距離時(shí)每次都應(yīng)從第一個(gè)點(diǎn)開始測量，二是多測量幾次，取平均值。

3.重物下落過程中要克服阻力做功，動能的增加量△Ek小于重力勢能的減小量△Ep 。

變題一：在此實(shí)驗(yàn)中，若紙帶前一部分不清晰，但是從A-E卻是清晰的，你能根據(jù)此紙帶驗(yàn)證重物下降過程中機(jī)械能是否守恒嗎？

析：選擇紙帶某段距離△S，計(jì)算重力勢能減少量和動能增加量，若相等，則重物下落過程中機(jī)械能是守恒的。

解：B點(diǎn)是AC段的時(shí)間中點(diǎn)，VB===1.168m/s，

D點(diǎn)是CE段的時(shí)間中點(diǎn)，VD===1.558m/s

對于BD段有：△EP=mghBD=m×9.8×(0.0759-0.0214)=0.534m

△EK-mVD2-mVB2-×m×(1.5582-1.1682)=0.532m

結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)：重力勢能的減少量等于動能的增加量，即物體的機(jī)械能守恒。

變題二：某同學(xué)利用焊有細(xì)鋼針的音叉（固有頻率為f0）、熏有煤油燈煙灰的均勻金屬片和刻度尺來測量重力加速度。

實(shí)驗(yàn)步驟：1.將熏有煤油燈煙灰的金屬片靜止懸掛，調(diào)整音叉的位置，使音叉不振動時(shí)，針尖剛好能水平接觸金屬片。

2.輕敲音叉，使它振動，然后燒斷懸線，使金屬片自由下落。

3.從金屬片上選取針尖劃痕清晰地一段，從某時(shí)刻起針尖經(jīng)過平衡位置的點(diǎn)依次為：B、C、D、E、F、G、H，測出各點(diǎn)之間相鄰的距離分別為：S1、S2、S3、S4、S5、S6 。

(1)推導(dǎo)計(jì)算重力加速度的表達(dá)式：。

(2)金屬片自由下落后（不計(jì)摩擦），你認(rèn)為針尖在金屬片上的劃痕正確的是：。

(3)若從懸線燒斷瞬間開始計(jì)時(shí)，鋼針開始向左振動，且設(shè)向左位移為正，鋼針振幅為A，金屬片下落h時(shí)，鋼針對平衡位置的位移y 的表達(dá)式為y=。

解析：1.本題考查的是對于逐差法公式△S=aT2的應(yīng)用，其重點(diǎn)在于T的計(jì)算。進(jìn)行模型遷移是解決本題的關(guān)鍵。將乙圖中針尖經(jīng)過平衡位置的各點(diǎn)遷移為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器經(jīng)連續(xù)相等時(shí)間所打的點(diǎn)，就可用“逐差法”求重力加速度。由于一個(gè)周期內(nèi)，鋼針兩次經(jīng)過平衡位置，所以平衡位置上任意相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔：T=T音叉=，可得：g==。

2.自由下落過程中，金屬片相等時(shí)間間隔內(nèi)通過的位移越來越大，所以選C。

3.物體下落h，所需時(shí)間為：，鋼針偏離平衡位置位移：

變題三：上題中還可以將音叉換為焊有鋼針的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度為ω，那么任意相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔

。

從以上分析可以看出，不管實(shí)驗(yàn)的考查如何變化，其基本的原理和操作都來自于課本，我們在物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)過程中，既要注重基礎(chǔ)知識的全面復(fù)習(xí)，又要注重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、創(chuàng)新能力，注重課本知識聯(lián)系生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用，復(fù)習(xí)的過程中注意巧妙嫁接，可以有效地提高學(xué)生高考的得分點(diǎn)。

（作者單位：江蘇省姜堰市羅塘高級中學(xué) ）