物理實驗結論表述方法的常見錯誤分析

吳蘭芳 張圣軍

(1.山東省平邑鎮第一中學,山東平邑 273300; 2.山東省平邑興蒙學校,山東 平邑 273300)

實驗結論的表述是學生學習的重要難點之一.概括初中物理探究性實驗結論的表述可分為:定性關系(即:在……相同時,……越……,……越…….)和定量關系〔(在……相同時,……跟……成正比(反比)〕兩種基本類型.針對這兩種表述方式,在歸納實驗結論時,主要采用“控制變量法”.所謂的“控制變量法”是指:為了研究某物理量同影響它的多個因素中的一個因素之間的關系,可將除了這個因素以外的其他因素都人為地控制起來,使它們保持不變,以便觀察和研究某物理量與該因素之間的關系.

調查、分析學生的學習情況,可將常見錯誤概括為以下幾種類型:

1 結論表述缺少規律成立的實驗條件

例1.(2009年泰安)小明同學在探究“壓力的作用效果跟壓力大小的關系”時,做了如圖1所示的實驗.比較甲、乙實驗能夠得到的結論是

圖1

錯誤結論:(1)壓力越大,壓力的作用效果越明顯.

分析:本實驗是在保持海綿的受力面積大小不變的情況下,比較凹陷程度得出壓力作用效果跟壓力大小的變化關系.因此,結論表述時不僅要描述所探究的物理規律,還要客觀地指出這一規律所成立的實驗條件.應得出的結論是:“在受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯”.在這段描述中,“在受力面積相同時”,講的是實驗條件,“壓力越大,壓力的作用效果越明顯”則是物理規律,如果缺失了實驗的前提條件,則規律并不一成立,如比較圖乙與圖丙.

正確結論:在受力面積相同時,壓力越大,壓力的作用效果越明顯.

2 實驗條件表述錯誤

例2.(2009年咸寧)如圖2所示,是探究物體的動能、速度和質量有關的示意圖.要探究動能跟物體的質量是否有關時,要保持_______相同,即讓小球從靜止開始從________滾下,研究小球對小盒子做功的大小.

圖2

某小組的探究記錄如表1

表1

分析實驗次數 1、2、3后你得出的結論是:______.

錯誤結論:當物體的高度一定時,質量越大,具有的動能越大.

分析:本題研究的是動能與質量的關系,由于影響小球動能的因素有兩個:質量和速度,因此研究動能與質量的關系時應采用控制變量法,即在保持小球的速度不變的條件下,改變小球的質量,來研究動能與質量的關系.本題實驗中讓質量不同的鋼球從同一斜面的同一高度滾下,只是控制小球到達斜面底端時的速度保持不變的一種方法.因此在表述動能與質量的關系時,它的實驗條件是:使小球到達斜面底端時的速度不變,而不是小球的高度不變.

正確結論:當物體的速度一定時,質量越大,具有的動能越大.

3 結論表述不準確(定量關系與定性關系混為一談)

例3.(2009年濰坊)小明同學在探究“保持電壓不變時,電流跟電阻的關系”時,得到的數據如表2.

表2

分析表中的數據,可以得出的結論是:______.

不準確結論:在電壓相同時,導體的電阻越大,導體中的電流越小.

分析:在描述實驗結論時,不僅要有正確的實驗條件,而且在描述各物理量之間的關系時,其定量關系不容忽視,如果各物理量之間僅僅是存在一種變化趨勢并無確切的數量關系(如例1、例2),則為定性關系,在表述實驗結論時使用:“在……相同時,……越……,……越…….”的模式;若一個物理量隨另一個物理量的變化而變化,且變化趨向間存在著一定的數量關系,則為定量關系,在表述實驗結論時,則使用:“在……相同時,……跟……成正比(反比)”的模式.本題中,隨著電阻的增大,電流減小,且電阻增大的倍數等于電流減小倍數的倒數,所以為定量關系,應采用“在……相同時,……跟……成正比(反比)”的模式.

正確結論:在導體兩端的電壓相同時,導體中的電流跟電阻成反比.

4 結論表述的因果關系顛倒

例4.(例題內容同例 3)

錯誤結論:當導體兩端的電壓一定時,導體的電阻跟通過導體中的電流成反比.

分析:結論表述的原因和結果,在物理實驗中,通常表現為實驗條件和物理現象,實驗條件是原因,物理現象是結果.通常情況下是實驗條件的改變引起了物理現象的變化.因此要歸納科學規律,一方面要關注實驗條件改變與物理現象變化之間的聯系,另一方面還要注意兩個物理量之間的因果關系,不能前后顛倒.本實驗中研究“電流跟電阻的關系”的方法是:保持導體兩端電壓不變,通過改變導體的電阻,來觀察電流的變化情況.也就是說,電阻的變化是原因,電流的變化是結果.因此只能說電流跟電阻成反比,不能說電阻跟電流成反比(電阻是導體本身的一種屬性,只與導體的材料、長度、橫截面積和溫度有關).

正確結論:當導體兩端的電壓相同時,導體中的電流跟導體的電阻成反比.

5 被研究問題判斷錯誤

例5.某學生在用一根彈簧制作彈簧測力計的實驗時,在彈簧的下端掛不同重量的鉤碼時,對應的彈簧的長度也不同,具體數據見表3.

分析表中的實驗數據,你得到的一個重要的結論是:______.

表3

錯誤結論:物體受到的重力越大,彈簧的長度就越長.

分析:在分析、處理數據時,首先要明確本實驗要解決什么問題,需要研究哪些物理量之間的關系,涉及這些物理量變化關系的數據有哪些,也就是說,學生應該具備選擇實驗數據的能力.

該實驗是研究彈簧受到的拉力大小與彈簧伸長量之間的關系,因此在分析實驗數據歸納結論時,應表述出這兩個量之間的關系.本實驗中,鉤碼受到的重力的大小反映的是彈簧受到的拉力的大小.實驗現象表明:彈簧下端所掛的鉤碼越重,彈簧的伸長量就越大,且隨著鉤碼的總重均勻增加,彈簧的伸長量也均勻地增加,因此可用模式二歸納實驗結論.

正確結論:在彈簧的彈性限度內,彈簧的伸長量跟所受到的拉力成正比.

總之,在利用“控制變量法”歸納實驗結論時,首先要明確被研究的問題,然后要緊緊抓住實驗條件,明確物理現象的因果關系,繼而判明各物理量之間的定關系(定性或定量),套入結論表述的基本方式即可.