肖唯榮

(江蘇省太湖高級中學(xué) 江蘇 無錫 214125)

基于理論探究的物理實驗復(fù)習(xí)的嘗試

肖唯榮

(江蘇省太湖高級中學(xué) 江蘇 無錫 214125)

物理高考對能力的要求比較高，傳統(tǒng)的“講-練”結(jié)合的二輪復(fù)習(xí)模式在培養(yǎng)學(xué)生能力和幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系時的效率較低，究其原因是學(xué)生在習(xí)題訓(xùn)練時缺乏必要的探究，不能融會貫通地運用知識．本文以“小車-木板”模型為背景設(shè)計了一堂高三實驗復(fù)習(xí)的理論探究課，來探索高三實驗復(fù)習(xí)的有效教學(xué)模式．

高三實驗復(fù)習(xí) 探究教學(xué) 理論探究 “小車-木板”模型

“小車-木板”模型是高中物理力學(xué)實驗中的重要模型，人教版教材中以它為基礎(chǔ)的學(xué)生實驗有4個：練習(xí)使用打點計時器；探究速度隨時間變化的規(guī)律；探究加速度與物體質(zhì)量；物體受力的關(guān)系；探究功與速度變化的關(guān)系．在高考和高考模擬試題中以它為背景的創(chuàng)新實驗題層出不窮，如2012，2010，2009年江蘇高考卷第11題等．

在以往的高三實驗復(fù)習(xí)中，對于這一模型的處理方法往往是分別梳理每個實驗的目的、原理、器材 選擇、操作步驟及注意點、數(shù)據(jù)處理等，在此基礎(chǔ)上做一定量的習(xí)題并強調(diào)一些常見的結(jié)論．由于針對這一模型的試題的考查點在不斷變化，有時的考查內(nèi)容甚至與教師平時強調(diào)的結(jié)論完全相反，令學(xué)生遇到這類試題時無所適從，教師也成了救火隊員，出現(xiàn)新的問題就補充講解，但往往無法讓學(xué)生徹底地掌握分析這類試題的方法．究其原因還是在常規(guī)復(fù)習(xí)課中教師過分強調(diào)結(jié)論性的東西，忽略了學(xué)生的思考和自我構(gòu)建，導(dǎo)致學(xué)生分析問題的能力不強，遇到考查死記硬背的知識還能應(yīng)付，而遇到創(chuàng)新試題則束手無策．要解決這一問題，必須要改變高三實驗復(fù)習(xí)的方式，引入探究教學(xué)模式．當(dāng)然囿于高三復(fù)習(xí)的實際情況，不可能對這類創(chuàng)新實驗題去進行實驗操作探究，但可以在學(xué)生完成一定量習(xí)題的基礎(chǔ)上，從邏輯推理的角度引導(dǎo)學(xué)生進行理論探究，幫助學(xué)生自我構(gòu)建這一模型的知識體系，提高分析問題的能力．

本文以這一模型為背景在高三實驗復(fù)習(xí)中進行了理論探究教學(xué)的嘗試．

1 設(shè)置問題背景

到高三第二輪復(fù)習(xí)階段，學(xué)生對“小車-木板”模型已經(jīng)有一定的認(rèn)識，因此可以嘗試從實際試題中跳出來，直接給出這一模型的基本裝置，如圖1所示.

圖1 “小車-木板”模型基本裝置

教師可以在講臺上安裝這樣一套器材，演示一下小車的基本運動，引起學(xué)生的回憶和思考，在此基礎(chǔ)上提出問題：這一套裝置中涉及了哪些物理過程和規(guī)律？

2 基本規(guī)律探究

在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生從高中物理基本內(nèi)容出發(fā)，對裝置從受力情況、運動情況、能量關(guān)系3個角度進行分析和總結(jié)(設(shè)小車質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m)．

2.1 受力分析

受力分析圖如圖2所示.

圖2 受力分析圖

由牛頓第二定律對小車有

T-f=MaA

對鉤碼有

mg-T=maB

2.2 運動分析

釋放鉤碼后小車和鉤碼一起做勻加速直線運動，且各時刻兩物體速度大小相等，令vA=vB=v；加速度大小相等，令aA=aB=a；經(jīng)過相等時間兩物體的位移大小相等，令xA=xB=x．

由1，2兩步分析進一步得到加速度大小

細(xì)線中拉力大小

2.3 能量關(guān)系

根據(jù)動能定理，對小車有

對鉤碼有

由上面兩個式子進一步得到系統(tǒng)的能量關(guān)系

即鉤碼減少的重力勢能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)兩個物體增加的總動能和系統(tǒng)克服摩擦力做功產(chǎn)生的內(nèi)能．

3 實驗條件控制的探究

在基本規(guī)律探究到位的基礎(chǔ)上，進一步設(shè)問：對于不同的實驗?zāi)康暮蛿?shù)據(jù)測量要求，實驗條件如何控制？教師可引導(dǎo)學(xué)生從典型實驗出發(fā)，拓展到創(chuàng)新實驗．

3.1 典型實驗探究

在探究物體加速度和物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實驗時，涉及到測量物體受到的合力的大小，如果要用鉤碼的重力來近似代替小車受到的合力，應(yīng)該如何做？

由上面的分析進行合理推導(dǎo)，要使

首先排除摩擦力的影響——平衡摩擦力．具體做法是將木板遠離定滑輪的一端墊高形成斜面，調(diào)節(jié)合適角度后滿足

f=Mgsinθ

又因為

f=μMgcosθ

故

tanθ=μ

3.2 拓展實驗探究

從這兩個基本結(jié)論出發(fā)，結(jié)合不同的實驗?zāi)康暮驮磉M一步對比探究，加深對條件控制的理解．

(1)如果用該裝置來探究小車速度隨時間變化的規(guī)律，需不需要滿足這兩個條件？

分析：該實驗只要保證小車做勻加速直線運動，通過紙帶來分析小車運動的速度和加速度即可，并不需要獲得合力，故不需要滿足上述條件．

(2)如果用該裝置來探究功與速度變化的關(guān)系，需不需要滿足這兩個條件?

分析：該實驗的原理是求出某個過程中合力對小車做的功，同時獲得小車的初、末速度，探究合力的功和速度變化的關(guān)系．由于小車所受的合力仍要用鉤碼的重力代替，故需平衡摩擦力和滿足m?M．

(3)如果要用該套裝置來驗證系統(tǒng)機械能守恒，需如何控制實驗條件？

分析：平衡摩擦力后摩擦力消失了嗎？

答：沒有．與重力的分力相互抵消了．

分析：平衡摩擦力后，摩擦力做不做功？

答：做功．

結(jié)論：平衡摩擦力的操作不能消除摩擦力對系統(tǒng)做功．所以嚴(yán)格意義上講，在存在摩擦力的情況下，該系統(tǒng)的機械能不守恒．但從實際出發(fā)，如果摩擦力做的功較少，引起系統(tǒng)機械能損失不大的情況下，可認(rèn)為系統(tǒng)機械能守恒．所以需要滿足什么條件？

學(xué)生進一步探究得出，需滿足mgx?fx ，而f=μMg ，故在實驗器材一定的情況下，要使系統(tǒng)機械能守恒，需滿足m?M ．這一結(jié)果與上面的結(jié)論相反．

4 實驗裝置變化的探究

(1)用兩個光電門來代替打點計時器——求瞬時速度的方法不同，其他規(guī)律不變．

(2)用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板——摩擦力可忽略，上述規(guī)律中涉及摩擦力的操作可不進行．

(3)繩子通過拉力傳感器連接在小車上——可通過傳感器直接得出拉力的大小，不需要用鉤碼的重力來代替，故不需要m?M．

在高三第二輪復(fù)習(xí)中采用這種理論探究的教學(xué)模式，可以消除一些傳統(tǒng)“講-練”模式的弊端，讓學(xué)生暫時從題海中跳出來，對這一模型的知識體系有一個主動建構(gòu)的過程，掌握這類問題的分析切入點和基本原理，提高分析問題能力，也能養(yǎng)成一些科學(xué)探究的素養(yǎng)．同時教學(xué)過程體現(xiàn)了一定的層次性，對于探究的深度，基礎(chǔ)一般的學(xué)生重點把握規(guī)律分析和基本結(jié)論即可，基本規(guī)律和結(jié)論掌握較好的學(xué)生則重點進行拓展實驗的探究．

高三學(xué)生在面對習(xí)題時有很強的目的性，即用盡量少的時間得出答案．在這種情況下，習(xí)題的探究功能和能力培養(yǎng)功能被大大弱化，教師用典型例題來引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識體系或掌握某類問題的解題方法的期望會落空．在高三總復(fù)習(xí)階段，一味地采用“講—練”模式復(fù)習(xí)往往是低效的，會出現(xiàn)有些問題反復(fù)講反復(fù)錯的現(xiàn)象，原因是知識的建構(gòu)不是建立在學(xué)生自主的基礎(chǔ)上，教師反復(fù)強調(diào)的結(jié)論不能內(nèi)化為學(xué)生的知識；也會出現(xiàn)學(xué)生原先會做的題過段時間又不會做的現(xiàn)象，原因是學(xué)生對習(xí)題背后隱藏的知識和方法沒有進行深入的探究，學(xué)習(xí)過程是膚淺的．因此，在高三物理復(fù)習(xí)課的教學(xué)中，我們應(yīng)當(dāng)從“習(xí)題串”的復(fù)習(xí)模式中跳出來，從大量習(xí)題中發(fā)掘適合探究的素材或流程，創(chuàng)設(shè)一定的情境，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識體系和總結(jié)思想方法，真正提升學(xué)生分析和解決問題的能力．

2017-02-21)