再談力學實驗的思想和方法

　　力學實驗在高考中是“重頭戲”之一，尤其是使用人教試用版新課標的省份，由于熱學、光學等實驗內容也隨相關章節納入了選修部分，力學實驗在高考中的重要性相應提高，也是每年高考的必考內容，如江蘇自2008年以來高考實驗考題總分均為18分（滿分120分），電學8分，力學10分。但許多考生往往重電學輕力學，雖然力學部分總體難度不大，考題常是原實驗題或其改型，但每年的得分情形卻很不樂觀。那么，復習中該注意哪些問題，采取哪些方法，才能取得較好的效果呢？
　　一、注重物理思想的挖掘，注重物理規律的復習，注重實驗模型的構建。
　　1.力學實驗考查的本質是運動學和動力學規律的運用，綜合性要求較高。
　　近幾年許多高考電學實驗題的考查突出了靈活性和技巧性，考出了能力，一直是高考實驗考查的大熱門。但從知識的結構來說，很多實驗題體現的還是單一的伏安法的“大思想”［１］，加一些函數分析、數據處理等數學方法，再加一些如“等效電源、等效替換、轉換測量、半偏法”等物理方法，使電學實驗具有多樣性和復雜性。相比之下，力學實驗體現的多是物理知識、物理規律，所以對力學實驗的復習，其實是以對力學知識、力學規律的牢固掌握、綜合運用為前提的。如在驗證“加速度與力、加速度與質量的關系”的實驗中，只有對連結體正確運用牛頓第二定律，從立式中熟練分析加速度和小車質量、砂桶重力、摩擦力（當出現未平衡或平衡不足或平衡過度等情形時）相互之間關系，才能對諸如圖線為何彎曲、如何彎曲、何時不過原點、與哪個量成線性等問題加以分析，得出正確的結論。更為重要的是，很多時候考題中出現的不是課本上的原型實驗，而是其變型或拓展。
　　2.注重力學習題與實驗模型的轉化。
　　近年來的許多力學實驗題，總是和力學習題有千絲萬縷的聯系，有的更是直接由習題變化而來。因此，從這一點上來講，力學實驗出新題很容易，其靈活性和多樣性也很容易做到，許多題目都可以轉型為實驗題，一樣可以考出能力。（如2008年江蘇高考第11題）
　　3.挖掘實驗中的物理思想，總結實驗方法。
　　2008年高考第11題中的物理思想和方法，所體現的是轉換測量的方法。其實與之相似的物理模型有很多，如圖1所示裝置，為了測定在光滑桌面上的被壓縮了x的彈簧中儲存的彈性勢能，同樣可通過平拋運動規律測出離開桌面的動能，進而可知彈簧中儲存的彈性勢能。
　　再如圖2，在驗證碰撞中的動量守恒時，體現的依然是轉換測量的物理思想，不過這里需要的是碰后速度（動量）而不是速度平方（動能），故最后表達式中只有OP、ON、O′M等代表碰前或碰后速度的位移量，這里不再一一展開。
　　二、重對比、重擴充，在對每個實驗鞏固掌握的基礎上，引導學生對同一器材去擴充不同的實驗，同一實驗去用不同的器材（或不同的設計）。
　　物理解題中注重一題多解、一題多變、多題歸一，其實，在力學實驗的復習中也要注重這種思想，不過在形式上稍有不同。針對高考中力學實驗有許多是原題的改型，復習中可讓學生思考同一器材可開展多少實驗？并加以區別、對比。
　　例如：圖3為探究牛二定律實驗的裝置圖，但這一裝置還可以用來做其他很多實驗，命題人可以多角度多方位來考，如：研究勻變速直線運動、驗證機械能守恒（M和m構成的系統）、測定動摩擦因數等。
　　在不同的實驗中，看上去相似的東西有許多不同的本質，如圖4為探究加速度與物體受力的關系時畫出的a-F圖，圖6為研究勻變速直線運動時畫出的v-t圖。兩圖都發生了彎曲，且實驗裝置圖也一樣，許多同學在分析彎曲原因時就可能搞不清楚二者的區別。圖5是該實驗在研究某一次勻變速（即一根紙帶）時的情形，v-t圖告知我們后來a在變小，主要原因是滑輪高度不適當，從而使小車在末端時拉線與板不平行，合力變小，使a變小。這樣的對比訓練，必然使學生受益匪淺。值得注意的是，在2010年江蘇高考卷中，這個裝置又被用來探究空氣阻力對物體運動速度的影響。
　　三、對力學分組實驗的復習應注重實際操作，熟悉過程，把握細節。
　　在力學實驗的復習中，許多老師為了節約時間，熱衷于“紙上實驗”，以為這樣做是省時高效的，其實不然。讓所有同學進入實驗室，親手做一下，重溫過程，體驗細節，對提高復習的有效性是大有裨益的。
　　1.力學實驗的遺忘甚于電學實驗，由于力學實驗是學生在高一時所學，再加上較多同學平時不重視，進入高三，已時隔兩年，遺忘是必然的事情，而親手操作、親歷過程是最好的記憶重現手段，這些時間是值得“浪費”的。當然，可以將實驗進行某些歸類，如按器材分類有：打點計時器類、平拋類、單擺類，可以幾個實驗一起做，分類復習。
　　2.有利于細節的把握。有許多實驗題其實是實驗中細節的重現，如在驗證機械能守恒定律的實驗中，要選取起始步驟操作（即先開打點計時器后釋放紙帶）不一定能得到滿足條件的紙帶。這一點，不親歷，是不會體會的，只有去實際操作，才會發現有多條根本不接近2mm，其實這是由于打點計時器的打點針不容易恰好和手的動作同步，所以實驗中要求多打幾條，所以才有了挑選紙帶這一步驟（當然還要挑選點跡清晰的低帶）。
　　3.有利于互動合作，有利于培優補差。由于個體的差異，在課堂上不可能每個學生都能達到良好的實驗復習效果，進入實驗室后的分組實驗，有利于他們取長補短，合作探究，互相促進，大面積提高復習效率。另外，實驗中的小組分作、互動探究也有助于物理品質的培養，有助于合作探究思想的養成，而這正是我們物理學科教學的最終目的。
　　
　　參考文獻：
　　［1］吳政.電學實驗大思想與小方法［J］.物理教師，2009，7，20.