巧妙“嫁接”提高物理實驗復習效率

【摘要】在各地高考試卷中，物理對實驗的考查均占較大的比例，相對而言，實驗題出題范圍較為狹窄，得分也較容易，本文通過“驗證機械能守恒定律”實驗的復習，來說明如何提高實驗復習的效率。

【關鍵詞】高考；實驗；嫁接；模型遷移

高考實驗題的考查一般分2題，第一題為基礎實驗題，考查學生的基本實驗素質。第二題為能力實驗題，一般由課本實驗變形而來，主要考查學生應用物理解決實際問題的能力和創新能力，包括：實驗方案的設計，器材的選取、裝配、操作，數據的讀取和分析，誤差分析以及優化方案等等。

題目：在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50HZ，重力加速度g=9.8m/s2，試驗中得到一條清晰地紙帶，把第一個點記作點O，測出相連4個點A、B、C、D到O點的距離分別為：62.99cm，70.18cm，77.76 cm，85.73 cm；根據以上數據，可知重物由O點運動到C點，重力勢能的減少量為J，動能的增加量為J。（取3位有效數字）

解：根據實驗原理可得：T=1/f=0.02s

物體從O到C點重力勢能的減少量：

△Ep=mghoc=m×9.8×0.7776=7.62m

C點是BD的時間中點，Vc===3.89m/s

物體動能的增加量為：△Ek=mVc2=×m×（3.89）2=7.56m

結論：誤差允許范圍內，物體重力勢能的減少量等于動能的增加量，物體的機械能守恒。

誤差原因分析：

1.第一個點O點不一定是物體開始下落時的起點，應多打幾條紙帶，選擇1、2兩點之間的距離約為2mm的紙帶。

2.由于長度測量帶來的偶然誤差。減小辦法：一是測距離時每次都應從第一個點開始測量，二是多測量幾次，取平均值。

3.重物下落過程中要克服阻力做功，動能的增加量△Ek小于重力勢能的減小量△Ep 。

變題一：在此實驗中，若紙帶前一部分不清晰，但是從A-E卻是清晰的，你能根據此紙帶驗證重物下降過程中機械能是否守恒嗎？

析：選擇紙帶某段距離△S，計算重力勢能減少量和動能增加量，若相等，則重物下落過程中機械能是守恒的。

解：B點是AC段的時間中點，VB===1.168m/s，

D點是CE段的時間中點，VD===1.558m/s

對于BD段有：△EP=mghBD=m×9.8×(0.0759-0.0214)=0.534m

△EK-mVD2-mVB2-×m×(1.5582-1.1682)=0.532m

結論：在誤差允許范圍內：重力勢能的減少量等于動能的增加量，即物體的機械能守恒。

變題二：某同學利用焊有細鋼針的音叉（固有頻率為f0）、熏有煤油燈煙灰的均勻金屬片和刻度尺來測量重力加速度。

實驗步驟：1.將熏有煤油燈煙灰的金屬片靜止懸掛，調整音叉的位置，使音叉不振動時，針尖剛好能水平接觸金屬片。

2.輕敲音叉，使它振動，然后燒斷懸線，使金屬片自由下落。

3.從金屬片上選取針尖劃痕清晰地一段，從某時刻起針尖經過平衡位置的點依次為：B、C、D、E、F、G、H，測出各點之間相鄰的距離分別為：S1、S2、S3、S4、S5、S6 。

(1)推導計算重力加速度的表達式：。

(2)金屬片自由下落后（不計摩擦），你認為針尖在金屬片上的劃痕正確的是：。

(3)若從懸線燒斷瞬間開始計時，鋼針開始向左振動，且設向左位移為正，鋼針振幅為A，金屬片下落h時，鋼針對平衡位置的位移y 的表達式為y=。

解析：1.本題考查的是對于逐差法公式△S=aT2的應用，其重點在于T的計算。進行模型遷移是解決本題的關鍵。將乙圖中針尖經過平衡位置的各點遷移為打點計時器經連續相等時間所打的點，就可用“逐差法”求重力加速度。由于一個周期內，鋼針兩次經過平衡位置，所以平衡位置上任意相鄰兩點的時間間隔：T=T音叉=，可得：g==。

2.自由下落過程中，金屬片相等時間間隔內通過的位移越來越大，所以選C。

3.物體下落h，所需時間為：，鋼針偏離平衡位置位移：

變題三：上題中還可以將音叉換為焊有鋼針的轉盤，轉盤轉動的角速度為ω，那么任意相鄰兩點之間的時間間隔

。

從以上分析可以看出，不管實驗的考查如何變化，其基本的原理和操作都來自于課本，我們在物理實驗復習過程中，既要注重基礎知識的全面復習，又要注重培養學生的發散思維、創新能力，注重課本知識聯系生產生活中的實際應用，復習的過程中注意巧妙嫁接，可以有效地提高學生高考的得分點。

（作者單位：江蘇省姜堰市羅塘高級中學 ）