物理實驗復習應夯實三個“基本”

物理實驗是物理學的靈魂，是物理教學的重要環節，是高考的考查精華。但每年的高考實驗題，不論試題難易如何，考生失分率都較高，這種現象， 從客觀上分析，與各地學校實驗室配置及投入有關;從主觀上分析， 高考對實驗的考查分值占物理總分值的1/6到1/8，而平時教學活動對實驗的重視程度不夠，投入時間遠小于高中物理總課時的1/6到1/8，而考前的復習活動對實驗復習的投入時間也不夠，造成學生對實驗重要性的重視不夠以致大面積失分。實際上，在實驗上多投入一些，不僅有利于高考，也有利于知識教學。如何走出實驗復習的“冷環境”，應著重夯實三個“基本”。

1 基本實驗儀器

高中物理實驗的基本儀器包括課堂演示用的儀器和學生實驗用的儀器，主要有：刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、彈簧測力計、天平、秒表、打點計時器、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、電阻箱、靜電計、示波器、三棱鏡、雙縫干涉器等，復習活動中應以學生實驗用儀器為主，了解和明確如下方面的內容。

1.1 關于儀器主要構成及特點：了解儀器構成和特點是正確和熟練使用儀器的前提，復習活動中，要讓學生走進實驗室，充分的接觸儀器，用心研究儀器

如三種分度的游標卡尺：在讓學生通過觀察、比較，明確其分度原理和讀數原理的基礎上，可給出一組數據（如34.35mm、12.52mm、7.90mm），先要求學生判斷所用卡尺分度，再推斷游標尺上的第幾條刻線與主尺的幾毫米刻線對準，最后通過實物驗證，這樣，就可突破學生對游標卡尺讀數的障礙。

如滑動變阻器：在電路設計和實物連線上，對于其分壓接法，失分率總是居高不下，只有讓學生在實驗室中面對實物，認清四個接線柱位置，實物研究和練習分壓接法，才能在考試中盡可能的避免錯誤。

如多用電表：功能選擇開關的使用、刻度盤中的幾排刻度與量程的對應關系、紅黑插孔極性與電流流向關系等知識點，在學生的知識庫中基本上是一個盲點，只有讓學生用實物去測量真實的電壓、電流、電阻，才能有效的打破和突破上述的盲點與難點。

1.2 關于儀器的使用與讀數

正確使用儀器是圓滿完成實驗的前提，正確讀數與記錄是實驗技能的充分體現。高中物理測量儀器中，只有游標卡尺和機械秒表沒有估讀，測量中所記錄的有效數字最后一位就是精確值，其余測量儀器，讀數和記錄的有效數字中最后一位都是估讀值。復習中應引導學生突破如下幾方面：①測量儀器的讀數規則——根據測量儀器的最小分度確定讀數誤差出現的位置：ⅰ最小分度尾數為“1”的測量儀器，測量誤差出現在下一位，下一位按十分之一估讀，ⅱ最小分度尾數為“2”或“5”的測量儀器，測量誤差出現在同一位上，同一位分別按二分之一或五分之一估讀，ⅲ游標卡尺、螺旋測微器的有零誤差的讀數與記錄；②測量儀器的使用規則----根據測量精度和要求所制定，如電壓表、電流表量程的選擇規則、歐姆表倍率檔位開關的選擇規則、滑動變阻器限流、分壓接法的確定規則等。

1.3 關于儀器的實驗功能

儀器的實驗功能有直接測量功能和間接測量功能，成功完美的復習效果，應是讓學生理解實驗儀器的間接測量功能。

例1 一把尺子能做什么測量和實驗？

一把尺子能測——長度（直接測量）、速度（間接測量）、加速度（組合測量），金屬電阻率（組合測量）；一把尺子能驗證——平行四邊形定則（組合實驗），動量守恒（組合實驗），機械能守恒（組合實驗），電阻定律（組合實驗）。

例2 一塊電流計能做什么測量和實驗？

能描繪電場中平面上的等勢線，能驗證電磁感應現象，能改裝成電流表或電壓表測電路電流或電壓，進而探測黑箱電路，能改裝成歐姆表測電阻。

例3 為較準確的測定物體所轉過的角度，可借鑒游標卡尺的結構原理，在一個可轉動的圓盤的邊緣刻上圓心角的度數（稱為主尺），圓盤外側固定一個不動的圓弧狀的標尺，圖中畫出了標尺和主尺的一部分，標尺上把與主尺上19°對應的圓心角等分為20格，試讀出圖中標尺0刻線與主尺0刻線間的角度。

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如能從上述例題的角度和層面引導學生復習實驗儀器的實驗功能，應能達到事半功倍的效果。

2 基本實驗類型和問題

高中物理實驗和問題的分布，基本有三種情況，即學生分組實驗、課堂演示實驗、課后小實驗及閱讀材料類問題，其中閱讀材料最易在實驗復習中被遺忘。

2.1 關于學生分組實驗

近年考綱確定為19個學生實驗，從知識結構上可分為5類——測量性實驗（如用雙縫干涉測光波長）、驗證性實驗（如驗證動量守恒定律）、研究性實驗（如把電流表改裝為電壓表）、描述性實驗（如描繪小燈泡的伏安特性曲線）、探索性實驗（如用多用電表探索黑箱內的電學元件）。實驗復習中，應指導和要求學生做好以下幾個方面：

①從理論上進行分類歸納，明確不同性質實驗的特點、條件、器材及實驗程序。

②走進實驗室，實踐實驗，研究實驗：為了避免走馬觀花，應設計一個實驗問題題單，讓學生帶著問題去研究實驗器材和裝置。

如針對驗證機械能守恒定律的實驗裝置，可設計問題——實驗中為什么不需用天平測重錘質量？能否用此裝置測當地的重力加速度？若測定實驗中的阻力，還需添加什么器材？

如針對研究平拋物體運動的裝置，可設計問題——若在坐標紙上沒有記錄下原點（拋出點），僅記下了拋出點的鉛垂方向和一段軌跡，能否求解初速度？若連拋出點的鉛垂方向也無，能否僅用一段軌跡求解初速度？

如針對驗證動量守恒定律的裝置，可設計一組如圖所示的實驗裝置圖，進行比較，寫出裝置的不同特點和驗證表達式。

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③加強實驗的基本訓練——即基本測量方法的訓練，基本實驗儀器使用的訓練，動手能力和手腦并用能力的訓練（包括選擇器材、調試儀器、安裝裝置、獨立完成實驗等），正確記錄實驗數據、分析處理實驗結果、書寫實驗報告的訓練等。

2.2 關于演示實驗

演示實驗在物理教學中占有舉足輕重的地位，它通過教師講述新課、引入實驗、演示實驗、啟迪發問、總結歸納，引導學生觀察、思考、分析、綜合問題，以接受新的物理知識，發現規律；同時又通過形象的物理實驗過程，進一步激發學生學習的興趣，以培養學生敏銳的觀察力、科學探索精神和創新能力。所以，演示實驗也就順理成章的被列為高考考查內容之一。現行教材中的演示實驗，大約有20個左右，對一些典型的演示實驗，如：平拋運動研究、用砂擺演示振動圖象、共振演示、布朗運動演示、平行板電容器電容研究、洛倫茲力演示儀、楞次定律演示、自感電路演示、光的全反射現象、雙縫干涉與薄膜干涉、倫琴射線產生、光電效應產生等，都是近年高考命題的熱點背景，如有充裕的時間，復習中可變成學生分組實驗，讓學生通過實驗體會其方法引導功能和知識引導功能。一般情況下，要指導學生通過閱讀與演示實驗相關的內容，認知和理解實驗條件、實驗裝置、實驗過程、實驗現象、實驗結果，達到既復習實驗，又復習基本知識的雙重目的。對于一些演示實驗，可進行拓寬、加深，以培養綜合能力。

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例4 將如圖的演示簡諧振動圖象的砂擺實驗稍作變更：使木板沿直線OO′作勻加速直線運動，擺動著的漏斗中漏出的沙在木板上顯示出右圖所示的曲線，A、B、C、D、E均為OO′軸上的點，測出AB=S1，BC=S2，擺長為L，擺角小于5°，則木板的加速度大小為多少？

2.3 關于課后小實驗和閱讀材料

現行課本中，教材正文后，安排了“做一做”、“思考與討論”、“閱讀材料”三部分內容，作為高中物理教材的一部分，它給學習者提供了一種拓寬、擴展知識應用的平臺，開辟了另一條學習和研究物理知識的實驗途徑，通過這種學習手段，可培養自主學習的習慣，激發思維火花，所以，高考命題中，在這方面也有所滲透。

例5 下列有關蜃景的說法中正確的是

A.沿海看到的蜃景是正立的，是因為越靠近水面空氣的折射率越大

B.沿海看到的蜃景是正立的，是因為越靠近水面空氣的折射率越小

C.內陸炎熱的沙漠表面或馬路表面看到的蜃景是倒立的，是因為越靠近地面空氣的折射率越大

D.內陸炎熱的沙漠表面或馬路表面看到的蜃景是倒立的，是因為越靠近地面空氣的折射率越小

由上可知，這就需要在實驗復習中，有機的溶進這些內容，指導學生閱讀和研究這些內容，并對應的完成相關實驗，以增加和積累知識量， 這對拓寬知識領域和豐富實驗技能有百利而無一害。

2.4 關于創新、重組實驗

創新、重組實驗就是在學生實驗、演示實驗及物理常識的基礎上，通過設計、重組物理知識， 以考查學生應用知識的能力。這類實驗，它源于教材，又高于教材，更能考查學生科學的學習知識、創造性的應用知識、靈活處理問題的能力，近年高考實驗題基本上都屬于這類實驗問題。

3 基本實驗原理

解決實驗問題，在認知和理解了實驗器材和實驗問題類型的基礎上，突破口應是實驗原理。實驗原理，實際上就是對應的某個物理定律、定理、原理或是幾個物理規律的組合。解答實驗問題時，只要通過閱讀實驗題目，根據題目要求的測量目標，分析構思對應的物理規律及公式，并進行組合，就可量化實驗原理，完成對實驗條件、實驗器材、實驗裝置、實驗過程、實驗結果等方面的確定和處理，由此順利解答實驗問題。

例6 有一根細而均勻的導電金屬材料樣品，截面為同心圓環，重約1～2N，電阻約100Ω，長約為3cm，現需要測定它的內徑d 。已知這種材料的密度為ρ0 ， 勁度系數為k ，比熱為 c，電阻率為ρ。因該樣品內徑太小，無法直接測量，現提供以下實驗器材：A.厘米刻度尺， B.毫米刻度尺， C.螺旋測微器， D.20分度的游標卡尺，E.電流表A1(量程50mA ，r1=100Ω)， F.電流表A2(量程100mA， 內阻r2約為40Ω)， G.滑動變阻器(0-10Ω， 額定電流2A)， H. 蓄電池E(12V， 內阻很小)， J. 電鍵一個，帶夾的導線若干，請根據上述器材設計一個盡可能精確的測量該樣品內徑的實驗方案。

回答下列問題: ⑴應選用的器材有______(只填代號字母)， ⑵寫出基本的實驗步驟(必須交待應測物理量的名稱和符號，如果用到電路，則須畫出電路圖)， ⑶寫出用已知的物理常數和測得的物理量表示金屬管線內徑d的表達式。⑷除題中給出的器材外，可由你任選其它實驗儀器，再設計一個測定這根金屬管線內徑的實驗方案，并寫出其表達式。

分析 由金屬管線內徑d可聯想到管橫截面積S，由橫截面積S可聯想到體積與質量，也可聯想到導體的電阻，但導體的質量不能直接測得， 不能由重力公式G=mg通過測重力求解(因無彈簧秤)，也無法用與質量有關系的比熱公式Q =m cΔt通過測吸、放熱求解，但導體的電阻可由伏安法測定， 這樣由電阻定律R=ρLS(其中R =U / I ，題目中雖未給電壓表，但給了一內阻精確的電流表A1，此表可替代電壓表，由伏安法原理畫出如圖所示電路圖，得R=I1r1I2-I1) 及截面積公式S=π4(D2-d2) 得:d=D2-4ρLπR，此即為本實驗原理，由此可解答題設問題（若再添加一架天平， 測出金屬管質量m， 由密度公式 m = ρ0V 及體積公式 V =LS可得管內徑 d=D2-4ρLπR）。

理解實驗原理，還可通過一量多法測的層面進行練習，如測定物體間的動摩擦因數，可用彈簧秤拉動平衡法、斜面滑動牛頓定律法、動能定理法等；再如伏安法測電阻，可通過變換測量儀器，變式為雙流表法、雙壓表法、一表一箱變換電路法、恒流半偏法等。如此，只要真正理解了實驗原理，就能熟練運用實驗原理解決實驗問題。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。