方宇軍

摘要：力學(xué)實(shí)驗(yàn)是每年高考必考的內(nèi)容之一。本文以實(shí)驗(yàn)《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的復(fù)習(xí)為例，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作、方案、?shù)據(jù)處理和分析、拓展與創(chuàng)新等方面探討高三力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯化處理策略。

關(guān)鍵詞：力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)；邏輯化處理；高三物理

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2017）06-0101

高考中對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)考題的設(shè)計(jì)往往來(lái)源于課本實(shí)驗(yàn)又不拘泥于課本實(shí)驗(yàn)。在高考復(fù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，需要教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際進(jìn)行邏輯化的處理，從而達(dá)到比較理想的復(fù)習(xí)效果。

所謂邏輯，就是指規(guī)律，包括思維規(guī)律和事物的因果規(guī)律。而物理知識(shí)之間都是有內(nèi)在邏輯關(guān)系的，知識(shí)的形成、學(xué)生的認(rèn)知也是有規(guī)律的。復(fù)習(xí)的邏輯化就是要整合這些關(guān)系和規(guī)律，使實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)流程具有合理性、連貫性和邏輯性。本文從力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)來(lái)探討邏輯化處理策略。

《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》是人教版高中物理必修1教材中的一節(jié)典型的探究性實(shí)驗(yàn)課。它在高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)中具有舉足輕重的地位，它的實(shí)驗(yàn)思路、數(shù)據(jù)處理方式、器材等是力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和核心。本節(jié)復(fù)習(xí)課，不僅要讓學(xué)生獲得對(duì)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，而且還要讓學(xué)生能夠舉一反三，進(jìn)行拓展和創(chuàng)新。以下是根據(jù)邏輯化處理策略，對(duì)本節(jié)復(fù)習(xí)課設(shè)計(jì)的邏輯順序。

一、弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊韵聨讉€(gè)方面：一是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的具體含義是什么；二是該實(shí)驗(yàn)的方法——控制變量法。

這一環(huán)節(jié)是讓學(xué)生明白本實(shí)驗(yàn)包含兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)，一是保持質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系是否成正比；二是保持力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系是否成反比。從認(rèn)識(shí)規(guī)律的次序上講，只有明確了“想達(dá)到什么目的”，才能根據(jù)所要達(dá)到的目的來(lái)思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)。

二、理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和原理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，要思考如何去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：一是設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的運(yùn)動(dòng)，如何設(shè)計(jì)？二是要測(cè)量哪些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如何測(cè)量，如何記錄，怎樣處理數(shù)據(jù)。

該環(huán)節(jié)不僅是要讓學(xué)生明確要測(cè)量哪些數(shù)據(jù)，而且設(shè)計(jì)出記錄數(shù)據(jù)的表格，因?yàn)樵O(shè)計(jì)表格的過(guò)程就是學(xué)生思維的過(guò)程。數(shù)據(jù)處理中要讓學(xué)生理解為什么要通過(guò)不斷改變縱、橫軸的意義，最終擬合成一條直線(xiàn)。

三、理解教材上案例，并且能對(duì)比已知的方案，做出合理的評(píng)價(jià)

教材上的案例一（如圖1所示）控制兩輛小車(chē)同時(shí)運(yùn)動(dòng)和靜止，測(cè)量出它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間里的位移之比，從而得出其加速度之比。

教材上的案例二（如圖2所示）讓一個(gè)小車(chē)從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶，運(yùn)用逐差法測(cè)出小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度。

兩個(gè)案例的比較：1. 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案是否都要平衡摩擦力？為什么？2. 繩對(duì)小車(chē)的拉力是否等于所掛的砝碼與砝碼盤(pán)的總重力？如何減小實(shí)驗(yàn)的誤差？3. 兩種實(shí)驗(yàn)案例的優(yōu)缺點(diǎn)各有哪些？

該環(huán)節(jié)促使學(xué)生思考理解實(shí)驗(yàn)的具體操作中的理論依據(jù)，一方面使學(xué)生能對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)方案做出合理的選擇，另一方面為實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、拓展和創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、拓展和創(chuàng)新

在學(xué)生對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)掌握的基礎(chǔ)上，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)案例引導(dǎo)學(xué)生分析對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。

1. 采用氣墊導(dǎo)軌來(lái)減小摩擦阻力的影響，并且用光電門(mén)來(lái)測(cè)量速度，進(jìn)而計(jì)算出加速度

如圖3所示為氣墊導(dǎo)軌裝置其中G1、G2為兩個(gè)光電門(mén)，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過(guò)G1、G2光電門(mén)時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄.滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門(mén)間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m。

該實(shí)驗(yàn)中，由于滑塊與導(dǎo)軌之間有一個(gè)空氣薄膜，所以滑塊受到的摩擦力極小，導(dǎo)軌只需水平放置即可，為了檢查導(dǎo)軌是否水平，可以在不掛砝碼時(shí)，推動(dòng)滑塊后，看滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間是否相等，若相等則表明導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)水平。加速度a=■（■-■）。

2. 巧妙設(shè)定實(shí)驗(yàn)步驟，解決繩子的拉力小于所掛砝碼和砝碼盤(pán)總重力這一問(wèn)題引起的誤差

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如圖4所示：設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

A. 按圖中所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置。

B. 調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車(chē)后，使小車(chē)能沿長(zhǎng)木板向下做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

C. 取下細(xì)繩和砝碼盤(pán)，記下砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量m。

D. 將小車(chē)置于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器旁，先接通電源，再放開(kāi)小車(chē)，打出一條紙帶，由紙帶求得小車(chē)的加速度a。

E. 重新掛上細(xì)繩和砝碼盤(pán)，改變砝碼盤(pán)中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)B—D步驟，求得小車(chē)在不同合外力F作用下的加速度。

該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)掛上砝碼時(shí)，由于小車(chē)是勻速下滑，所以無(wú)論砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量是否遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量，繩子對(duì)小車(chē)的拉力都等于砝碼和砝碼盤(pán)的總重力。當(dāng)拿下砝碼和砝碼盤(pán)后，小車(chē)所受到的外力的合力就等于砝碼和砝碼盤(pán)的總重力。

當(dāng)然，該實(shí)驗(yàn)也有不足的地方，那就是每次改變所掛的砝碼質(zhì)量，或者是每次改變小車(chē)的質(zhì)量，都需要重新調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜角，這樣一來(lái)既增加了實(shí)驗(yàn)的繁瑣度，同時(shí)也會(huì)增加實(shí)驗(yàn)的誤差。

3.轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方式克服因繩子拉力小于所掛砝碼和砝碼盤(pán)總重力而引起的誤差

在教材案例二的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)牛頓第二定律可以得知，繩的拉力F=■，結(jié)合F=Mg可知：（1）若圖像■-■能擬合成一條一次函數(shù)圖像，則表明加速度與力成正比；（2）若圖像圖像■-M能擬合成一條一次函數(shù)圖像，則表明加速度與質(zhì)量成正比。

五、小結(jié)

本文展示了對(duì)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的邏輯化處理策略。復(fù)習(xí)時(shí)以教材案例和學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，按照學(xué)生的認(rèn)識(shí)過(guò)程整體規(guī)劃復(fù)習(xí)教學(xué)的邏輯層次。在以上案例的基礎(chǔ)上，還可以引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生提出更多的實(shí)驗(yàn)方案，從而使學(xué)生真正達(dá)到深刻理解并能舉一反三的高度，這樣即使高考中對(duì)本實(shí)驗(yàn)如何創(chuàng)新改變，都能立于不敗之地。這就是邏輯化的處理策略在高三實(shí)驗(yàn)力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中的具體應(yīng)用。

總之，在新課學(xué)習(xí)中，學(xué)生獲得的知識(shí)往往是碎片化不成系統(tǒng)的，而高三復(fù)習(xí)的任務(wù)之一就是要是學(xué)生的知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)，將書(shū)由“厚”讀“薄”。而邏輯化的處理能最大限度地幫助學(xué)生形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，要達(dá)到這一點(diǎn)，教師在教學(xué)中首先要有邏輯化處理的意識(shí)，追求最佳的邏輯次序設(shè)計(jì)。其次要多學(xué)習(xí)，使自己的教育教學(xué)理論不斷豐富，這樣在教學(xué)實(shí)際中才能得心應(yīng)手、游刃有余。

（作者單位：安徽省寧國(guó)市津河中學(xué) 242300）