从高中物理实验试题分析得到的一点经验

从高中物理实验试题分析得到的一点经验

凌武德

浙江省金华市浦江县第三中学     322200

[摘要]：高中物理实验试题是针对教科书上的实验进行改编设置实验思路和方法的一种题型。学生能否很好的理解这种解题方法，关键在于能否很好的理解实验中所涉及到的各个物理量，理解实验中的物理量的测量方法和研究方法。弄清楚了这些了关键部分，对于各种实验的改编设计题型，学生自己都能很好的对试题的理解。

[关键词]：物理实验   物理量  理解

1.引言：

从学生对物理实验题的解答情况来看，实验题的得分并不是很高，对物理总分的影响很大。学生得分低的主要原因是学生对物理实验的实验原理，试验方法，实验过程和实验的结果的理解有很多欠缺的地方。本文将从两个方面分析学生对物理实验的理解难点。

2.1学生对物理实验中用到的原理公式的各个物理量的理解

学生对一个公式的理解本来就不够深，更何况在实验中对物理公式各个物理量的理解。接下来以“探究加速度与力、质量的关系”[1]为例。

    很多学生对于这个实验中要满足“平衡摩擦和小车的质量要远大于砝码（加砝码盘）的质量”的条件不是很懂。问题出现在哪呢？主要是对于公式，中的的理解存在问题。

    首先，光从公式上理解，为物理受到的合力，则实验中为：小车受到的合力。那么从实验装置来看（如图2-1-1所示），如果轨道是水平的，则现实中小车与轨道之间必定存在摩擦力。从小车的受力分析图可以知道（图2-1-2），小车受到的合力为：。由于小车受到的摩擦力要通过才能求出来，所以对于实验中测合力有点麻烦。因此想到要是能对小车再施加一个力，与摩擦力平衡，剩下来给小车提供合力，这样对于测合力就方便了很多。所以我们想到了将轨道倾斜，用小车的重力沿斜面向下的分力与小车受到的摩擦力平衡。

对于这个过程需要讲清楚为什么要平衡摩擦。讲清楚了对于学生理解起来就明白很多。对于这个实验的变型实验题中要不要平衡摩擦的问题学生自己就能很好的去判断了。

               图2-1-1                            图2-1-2

对于为什么要满足在教学时还是应该让学生弄清楚合力这个物理量的问题。

由于合力是要通过仪器测出来的，通过平衡摩擦后，绳子对小车的拉力成了小车受到的合力。“绳子对小车的拉力成了小车受到的合力”这句话很重要，而学生往往忽视了这句话所含的物理意义。一般学生在这个实验中对合力的理解是：合力就是砝码（加砝码盘）的重力。这种情况学生主要是没有弄清楚合力与砝码（加砝码盘）的重力的关系——只是一种大小关系的替代。因此要强调这个公式中的，实验中是由绳子的拉力来提供的。要达到关系，从而必须要满足“小车的质量要远大于砝码（加砝码盘）的质量”。对于为什么满足了这个条件就达到了关系，教学时可以用过粗略的假设不满足这个条件，而，则砝码就做匀速直线运动了，而不是和小车一样做加速运动。

对于教科书里所设计的实验讲解大致是这样。但是对于该实验的变型实验。对于的理解问题可以经常出现。例如绳子通过一个弹簧秤拉着小车运动这种情况。要让学生明白”实验的操作“的目的是在于测量出所要研究的物理量，只要能测量出，其他不必要的操作就可以省去。这种变型可以用弹簧秤直接测量出绳子拉力（就是合力）所以对于上述的两个条件就没必要去满足了。

2.2关于在图像中的物理量的问题——图像中对于坐标的理解。

对于坐标的实验意义是通过实验仪器测量出来的，对于教科书设计的实验实际应该是砝码的重力。因为这个实验中绳子的拉力的大小等于砝码的重力。坐标还是用表示但是其大小是相应的砝码（加砝码盘）的重力。理解的这个对于中出现的几个经典的图像问题就可以很简单的解决掉，而不是学生靠记背来得出其原因。

教例：如图2-2-1所示。图像的截距的横坐标不是零，而纵坐标为零。教学时可以这样分析。由于横坐标的数值是根据砝码（加砝码盘）的重力测出来的，截距的横坐标不为零说明在实验时已有砝码放上去，绳子已经有了拉力。然而纵坐标加速度为零，说明小车在有拉力的作用下还没加速。从而可以知晓小车受到的摩擦力还没有平衡完全或者没有平衡摩擦。

                                 图2-2-1

实验图像出现的问题一定要还原到由于具体实验操作过程所产生的现象中去理解。使学生养成一种“发现现象，研究过程，探究本质”的好习惯。

3.学生对物理实验图像中，数学中的量所对应的物理量所出现的难点

匀变速直线运动的图像，与纵坐标的截距表示物体的初速度，直线的斜率表示物体的角速度，图线与横坐标所围成的面积表示该时间内的位移。至于为什么，对于这个例子，知道原因的学生还是比较多的，但是对于其他的物理实验所描绘出来的图像原因知道的就不是很多，更何况上课没专门分析过的一些物理图像很多学生凭自己的能力理解不了。

例如：“测定电池的电动势和内阻”[2]这个电学实验。这个实验用3种方法可以测定。

方法一：用一个电压表和一个电流表测定。实验电路图如图3-1所示。

描绘出来的图像如图3-2所示。为什么与纵坐标的截距表示电池的电动势，图线的斜率表示电池的内阻。明白的学生不是很多。

         图3-1                            图3-2

方法二：用一个电流表测定。电路图如图3-3所示。

描绘出来的的图像如图3-4，与纵坐标的截距表示电池的内阻，斜率表示电池的电动势。对于这个原因知道的学生不多。

图3-3                             图3-4

方法三：用一个电压表测定。电路图如图3-5所示。

描绘出来的的图像（如图3-6），与纵坐标的截距表示电池电动势的值的倒数，斜率表示电池的内阻与电动势的比值。对于这个原因知道的学生就更少了。

       图3-5                             图3-6

解决学生的图像题目的难点，就应该教学生如何将横纵坐标所表示的物理量联系起来，求出他们之间的物理关系表达式。表达式应该出物理规律出发求得。然后从表达式出发，从数学的角度分析图像，从而将数学中的量与物理量对应起来。

教例：“测定电池的电动势和内阻”

首先的弄清楚三个方法的原理公式。其基础公式为和

方法一：实验原理公式是：

方法二：实验原理公式是：

方法三：实验原理公式是：

4.结论

只要学生清楚了高中物理实验所涉及到的物理量在实验中的物理意义，学生对高中物理实验试题的理解会更加的好。

  参考文献

【1】张大昌、彭前程《物理必修1》，北京：人民教育出版社，2010。

【2】张大昌、彭前程《物理选修3-1》，北京：人民教育出版社，2011。