一種特殊的解題方法——實驗法

摘要：中學(xué)物理解題方法很多，但有些問題比較抽象，學(xué)生不易理解，有些問題理論推導(dǎo)或計算非常煩瑣，還有一些問題即便是教師講解多遍，學(xué)生還是弄不清楚。遇到這種情況，我們不妨借助于簡易的實驗做一做，不僅清楚明了，而且說服力強。把實驗整合到習(xí)題教學(xué)之中，這不僅符合理論與實踐相結(jié)合的認(rèn)知規(guī)律，而且也實踐了“學(xué)以致用”的新課程理念，同時利用實踐檢驗真理，這正是物理學(xué)科的魅力所在。

關(guān)鍵詞：實驗研究；習(xí)題教學(xué)；思維整合；方法滲透

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2008)12(S)-0048-2

物理解題方法很多，常有分析法、作圖法、計算法、推理法等，這里筆者介紹實驗法解題的嘗試，自認(rèn)為效果很好，不失為一種好方法。

在中學(xué)物理中有這樣兩類習(xí)題：(1)理論上較繁或推理說明顯得不充分有力。(2)即使理論計算推導(dǎo)正確，學(xué)生仍是半信半疑。對于這兩類問題，與其口舌費盡，還不如利用簡便小實驗做一下，不僅事半功倍，說服力強，而且也培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力，聯(lián)系實際的能力，同時滲透了科學(xué)研究方法教育?，F(xiàn)根據(jù)多年的教學(xué)倒立積累，例舉幾例，以期拋磚引玉。

例1 一水桶側(cè)壁上不同高度處開有兩個小孔，把桶裝滿水，水從孔中流出，如圖1所示，用手將桶提至高處，松手讓桶自由下落。則在桶下落過程中(忽略空氣阻力)

A.水仍能從小孔中以原流速流出。

B.水不從小孔中流出。

C.水仍能從小孔中流出，但流速變快。

D.水仍能從小孔中流山，但兩孔流速不同。

高一學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)超、失重知識時，不能準(zhǔn)確理解其含義，對答案B持懷疑態(tài)度。

若用一個礦泉水瓶子在其側(cè)壁上不同高度處開上兩個小孔，裝滿水，用手將瓶子提至較高處，松手讓瓶自由下落，清楚地觀察到水根本不流出。通過此實驗無疑說明答案B是正確的。

例2(2000年廣東高考題） 有兩個完全相同的齒輪A、B，A固定不轉(zhuǎn)，B圍繞A順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)B在A的右側(cè)時，B上的標(biāo)志箭頭剛好豎直向上，如圖2所示，問當(dāng)B轉(zhuǎn)到A的左側(cè)的虛線所示位置時，其標(biāo)志箭頭所指方向是：

A.向上。 B.向下。 C.向左。 D.向右。

這個題既不涉及深奧的物理知識，也用不著繁復(fù)的計算，就是考學(xué)生的空間想象能力和實驗意識。但在一次高三模考中，學(xué)生錯誤仍較多，并且在考試時，發(fā)現(xiàn)很少有學(xué)生想到拿出口袋中的兩個硬幣來親手轉(zhuǎn)動一下。評講時筆者拿出兩個壹元硬幣，以幣上“1”字為標(biāo)志，輕輕一轉(zhuǎn)，學(xué)生驚詫不異。正確答案為A。

例3 讓日光燈與網(wǎng)片某一邊平行，按圖3所示放置日光燈、網(wǎng)片、白紙，移動白紙到網(wǎng)片間的距離，白紙中影子的變化情況如何？根據(jù)所學(xué)物理知識，解釋出現(xiàn)的現(xiàn)象。

現(xiàn)對影子水平線作分析。AB為豎直放置的日光燈，ab為網(wǎng)片水平條的寬度，由圖4可知，本影區(qū)為abO，當(dāng)白紙在ab與O之間時，可以看到網(wǎng)片水平條的清晰本影，當(dāng)白紙移出abO區(qū)域后，水平條就沒有本影了。

對于網(wǎng)片豎直條的影子，由俯視圖5可知，豎直條的本影區(qū)為a′b′O′，離網(wǎng)片距離較大，所以當(dāng)白紙離網(wǎng)片略遠(yuǎn)時，水平條影子已經(jīng)消失，而豎直條影子還清晰可見。再遠(yuǎn)時，即當(dāng)白紙移到O′點之外時，豎直條的影子也不見了。

這是一道開放性的實驗問答題，學(xué)生平時不愿意做這樣的題，也回答不好這樣的題。其實要得到正確而全面的結(jié)論，還是比較容易的，只要用白紙做一網(wǎng)片動手實驗一下即可。實驗時注意日光燈應(yīng)與網(wǎng)線平行。

例4(2003年江蘇啟東高三綜合練習(xí)題） 請把兩枝筆桿并在一起構(gòu)成一個約0．3mm的狹縫，使狹縫距離方格紙(圖6)約30cm并與圖中的橫線平行，眼睛緊靠狹縫，通過狹縫你看到的圖樣是圖7中哪一個？

這是例3的變式訓(xùn)練題。不少學(xué)生還受例3影響，有的說B，有的說C，更有人說先B后C。其實學(xué)生混淆了例3中的影和本題中的衍射現(xiàn)象，有不少學(xué)生還是憑主觀猜想去回答這道題。沒有拿起兩支鉛筆做一下實驗。對于這樣一道物理妙題，既考查了學(xué)生對單縫衍射的知識是否真正理解，更重要的是考查考生有沒有實驗意識。靈活的學(xué)生用白紙動手做一方格紙，正確答案很快出來，就是B。

例5 如圖8，運輸液體貨物的槽車，液體中有氣泡，當(dāng)車向前加速開動時，氣泡將向哪個方向運動?

題目一展示，學(xué)生就嘰嘰喳喳起來，有的學(xué)生說向前，有的學(xué)生說向后。就在學(xué)生疑惑時，我拿出事先用礦泉水瓶子和小車做成的模型運輸車(如圖9)，花了1min左右的演示，明顯看到氣泡相對于瓶子向前運動。學(xué)生拍案叫絕。就在學(xué)生興奮之余，我又提出了這樣的問題：理論上怎么證明?一會兒學(xué)生都拿出了自己的證明方案，大致有兩種。方法1：利用慣性知識。氣泡和水都有慣性，但與氣泡同體積的水的質(zhì)量大，慣性也大，所以氣泡被水?dāng)D到車的前端，即氣泡相對于液體向前運動。方法2：用牛頓第二定律求解。將氣泡用相同形狀的水來替代，水所受力F=m水a(chǎn)水=m水a(chǎn)車，由于m氣＜m水，而F不變，故a氣＞a車。氣泡相對于車向前運動。最后又提出思考題：如果運輸車突然剎車和一直勻加速過程中，現(xiàn)象又會怎樣呢?(答案：前者向后，后者不動)

不僅課堂上可以用小實驗進(jìn)行習(xí)題研究，我們還有意識布置學(xué)生在課外用實驗進(jìn)行習(xí)題探究。

例6 建筑工地上的黃砂，堆成圓錐形，不管如何堆，其角度是不變的。若黃砂之間的動摩擦因數(shù)為μ，則角度為多少?

學(xué)生課后找來了黃砂進(jìn)行實驗，果真角度是不變的。有的用實驗的方法量出錐高h(yuǎn)，底面周長L，求得tanα=h／R=2πh／L。并且對表面上砂粒進(jìn)行受力分析，找到了tanα=μ這樣的關(guān)系。

例7 用n塊質(zhì)量為m、長為L、寬為b、高為a(L＞b＞a)的磚，在水平桌面上依次由下往上堆放，在磚不翻倒的條件下，為使最上面一塊磚伸出最底部一塊磚的距離s為最大，應(yīng)如何堆放?

還比如我們在講到桿與繩的區(qū)別時，常會復(fù)習(xí)到這樣一個問題：在一根長為2L的輕桿上，一端和中間各固定一個小球，另一端可繞水平軸轉(zhuǎn)動。把桿拉到水平位置無初速釋放，求轉(zhuǎn)到豎直位置時兩球的速度各為多少?

變式訓(xùn)練：如果把桿改成輕繩，結(jié)論又會怎樣呢?

可要求學(xué)生回家做小實驗研究兩者的區(qū)別，然后再來定量求解，效果比老師講要好得多。

像這樣的習(xí)題還很多，教師要善于挖掘。通過簡單易行的小實驗，把抽象、復(fù)雜的問題變得形象、簡單。通過學(xué)生的親眼所見，親身實踐獲取感性認(rèn)識，在解決物理問題中接受科學(xué)方法的教育，激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的熱情和對物理問題深入而理性的思考。利用實踐檢驗真理，這正是物理學(xué)科的魅力所在。

(欄目編輯陳 潔)