巧妙聯系習題與設計實驗教學

王志剛

（遵化市第三中學，河北 遵化 064200）

習題課是物理課堂教學的重要組成部分，它不僅讓學生鞏固了基礎知識，更主要的是教會學生學會運用所學知識解決實際問題，掌握解題的基本思路和技巧的能力。同時利用相關的習題適時引導設計實驗，既降低了設計實驗的難度，又培養了學生的發散思維和實踐能力。

例1，見圖1。滑動變阻器的最大阻值 R0＝10 Ω，開關閉合后，當滑片滑到最左端的時，電壓表示數為 6 V，當滑片滑到最右端的時，電壓表示數為4 V，求R1的阻值。

圖1

分析：開關閉合后，當滑片滑到最左端的時，電路中只有R1，電壓表測電源電壓即U＝6 V；當滑片滑到最右端的時，R0與R1串聯，此時電壓表測R1兩端電壓，即U1＝4 V。由串聯電路電壓關系知：R0兩端電壓U0＝U－U1＝6 V－4 V＝2 V。R0與R1串聯時，電路中的電流I＝I1＝I0＝U0/R0＝2 V/10 ?＝0.2 A，則 R1的阻值 R1＝U1/I1＝4 V/0.2 A＝20 ?。

這道題是電學部分較基礎的題，大多數學生都會做，為了引起學生的注意，可以做以下提示：大家知道用伏安法測電阻需要同時使用電壓表和電流表，而此題只有電壓表，R1的阻值得到了嗎？此題還借助了什么？

下面我們來看一個設計實驗：

［實驗一］一個電源電壓未知且不變的電源，一只電壓表，一只已知最大阻值為 R0的滑動變阻器，一只未知電阻 Rx，一只開關，導線若干。請你設計只需連接一次電路就能測出未知電阻阻值的方法，畫出電路圖，寫出主要步驟及表達式。（用直接測得的量和已知量來表示）

在電學部分，測待測電阻R的阻值是一個重要的內容，其測量的實驗原理是R＝U/I，也就是要找到待測電阻兩端的電壓和對應的電流。通過對例1的講解，認真聽講的學生很快就能通過例1畫出電路圖，教師及時引導學生利用例1的思路進行分析，逐步得到Rx表達式，這樣可以降低該設計實驗的難度，會使大部分學生理解和掌握。按照例1圖的實驗步驟：

（1）按電路圖正確連接實物；

（2）當滑片滑到最左端時，記下電壓表示數為U；

（3）當滑片滑到最右端時，記下電壓表示數為Ux；

（4）計算 Rx表達式 Rx＝UxR0/（U－Ux）。

同時還可以進一步激勵學生：想一想，利用實驗中已給的器材還有其他的設計方法嗎？若不強調只連接一次那么還可以怎樣設計？學生回答正確要及時鼓勵，對有問題的電路設計及時指出錯誤所在，幫助學生消除疑惑，以獲得知識的真諦。

例2，一個空瓶的質量是100 g，裝滿水后的總質量為600 g，裝滿某種液體后的總質量為500 g，則該液體的體積___cm3，該液體的密度___ g/cm3。

要應用ρ＝m/v計算這種液體的密度，就應準確的找到液體的質量和對應的體積。同一容器分別裝滿不同的液體，所裝液體的體積應該是相同的。所以應先計算出水的體積，進而得知液體的體積。即液體的體積V液＝V水＝m水/ρ水=（600 g－100 g）/1 g/cm3＝500 cm3。

液體密度ρ液＝m液/v液＝（500 g－100 g）/500 cm3＝0.8 g/cm3

下面我們來看一個設計實驗：

［實驗二］小紅利用天平、兩個完全相同的燒杯、水（ρ水已知）、待測液體測量待測液體的密度。請你寫出她的實驗步驟和待測液體的密度表達式（用直接測得的量和已知量來表示）。

通過例2的學習學生會很容易設計出該實驗的步驟，但要注意強調在測量水或待測液體的總質量時燒杯中應裝滿。具體步驟如下：

（1）用調好的天平測出空燒杯的質量m；

（2）用天平測出裝滿水時燒杯和水的總質量m1；

（3）用天平測出裝滿待測液體時燒杯和待測液體的總質量m2；

（4）計算待測液體的表達式ρ液＝（m2－m）ρ水/（m1－m）。

可以進一步問學生：若將天平、兩個完全相同的燒杯換成彈簧測力計和一帶蓋的空礦泉水瓶又該如何設計呢？同樣要注意強調在測量水或待測液體的總重力時礦泉水瓶中應裝滿。具體步驟如下：

（1）用彈簧測力計測出空礦泉水瓶的重力G；

（2）用彈簧測力計測出裝滿水時礦泉水瓶和水的重力G1；

（3）用彈簧測力計測出裝滿待測液體時礦泉水瓶和待測液體的重力G2；

（4）計算待測液體的表達式ρ液＝（G2－G）ρ水/（G1－G）。

例3，用彈簧測力計在空氣中稱得一石塊重1 N，將石塊浸沒入水中后，彈簧測力計的示數為0.6 N，則石塊受到的浮力是___N，若將該石塊浸沒在某種液體中后，彈簧測力計的示數為0.4 N，則該液體的密度是___N。

此題計算石塊浸沒在水中受到的浮力大多數學生沒什么問題，在計算液體密度時，要積極鼓勵學生踴躍發言，同時教師要因勢利導，最后需要教師再詳細講解。具體分析如下：

石塊浸沒在水中受到的浮力F?。紾－F水＝1 N－0.6 N＝0.4 N要應用ρ＝m/v計算這種液體的密度，此題中無法準確的找到液體的質量和對應的體積。由題干中的已知條件來看，要利用石塊在水中和液體中受到的浮力來解決。

通過例3的學習我們來看一個設計實驗：

［實驗三］小紅利用彈簧測力計、燒杯、石塊、細繩、和水（ρ水已知）測量酒精的密度，請寫出小紅的設計步驟和酒精密度的表達式（用直接測得的量和已知量來表示）。

通過例3的學習，學生較容易寫出該實驗的設計步驟。但文字敘述一直是學生較頭疼的問題，所以要加強練習和規范。在本實驗中要注重強調石塊要浸沒在水中和酒精中。具體步驟如下：

（1）細繩拴住石塊，并用彈簧測力計測出石塊的重力G；

（2）將石塊浸沒在水中記下彈簧測力計示數F1；

（3）將石塊浸沒在酒精中記下彈簧測力計示數F2；

（4）計算酒精密度的表達式ρ酒精＝（G－F酒）ρ水/（G－F水）。

僅以上述幾題為例，希望能拋磚引玉。單表測電阻，非常規測密度在習題中以小計算的形式出現并非經常見到，這就需要平時教學注意歸納整理，有的小計算稍加改動也可以達到此目的，通過這些習題適時開展設計實驗教學，要比單純的講設計實驗更能夠讓學生理解和掌握，不妨一試。