事實求是，還物理實驗本質

蔡淑寬

探究性實驗類題目是初中物理考試題目的主要類型之一.近年來，各省市中考試題大都采用此類題型.筆者研究發現，這類題目給出的實驗結果堪稱完美，數據完全符合邏輯且無瑕疵.真實的實驗，能得到如此完美的數據嗎？這樣捏造出的數據抹殺了物理學科自身的實驗特性及其本質.筆者偶然發現一組疑問數據，述之與同行共論，希望能引發物理教育者的深思.

一、試題來源及論證

題目（選自2014年內蒙古包頭市中考試題第12題，是否為首次出現無從考究）：為了探究物體動能大小與哪些因素有關，同學們設計了如圖甲、乙的實驗裝置進行實驗.

甲

乙

（1）圖甲是讓不同質量的小球沿同一光滑斜面從B處由靜止自由釋放，然后分別撞擊到放在水平面上的同一木塊，木塊在水平面運動一段距離后靜止時的情景.據此，你能得出的結論是.

（2）圖乙是讓質量相同的小球沿同一光滑斜面分別從A、B由靜止自由釋放，然后與放在水平面上的同一木塊相碰到靜止后的情景.據此，你能得出的結論是.

（3）實驗后，同學們聯想到在交通事故中，造成安全隱患的因素有汽車的“超載”與“超速”，進一步想知道，在影響物體動能大小的因素中，哪個對動能影響更大，于是利用上述器材進行了實驗測定，得到的數據如下表.

實驗序號小球質量m/g小球自由滾下的高度h/cm木塊被撞后運動的距離s/m

130104

2302016

360108

①在探究“超載”隱患時，應選擇序號的實驗進行比較.

②分析表格中對應的數據可知，對物體的動能影響更大，即當發生交通事故時，由此造成的危害更嚴重.

筆者在檢索該題目時發現，此題除了在2014年內蒙古包頭市中考試題中出現外，在2015年山東省棗莊市中考物理試題第21題、2015年四川省眉山市中考物理試題第26題重復出現.其中棗莊市和包頭市題目內容完全一樣，眉山市數據略有變化，但數據之間比例不變.同時發現，該題在2014～2016年間被不下二十個市、區的統考試題所引用.可見，這道動能題目影響之廣.

筆者初看這道題發現，其對于動能的探究非常全面，也符合初中生的物理知識和數學能力水平.但是經過深究其數據，筆者認為這是一道錯題，其表格中的數據存在致命問題.

根據機械能守恒，當小球到達水平面時應有：

Ek=12mv2=mgh.（1）

在水平面上小球和木塊做減速運動，三種情況系統所受的摩檫力f相同.根據功能原理可知：

12mv2=mgh=fs.（2）

根據式（1）和式（2）可得：

s=mghf.（3）

若假設第1組實驗數據準確的話，則可求出第2組實驗木塊被撞后運動的距離數據應由16改為8，其余組數據不變.筆者通過實驗驗證發現，第2組和第3組木塊被撞后運動的距離均約為第1組的2倍.因此，從實驗驗證和理論推導結果，筆者認為這是一道錯題.

二、對試題的講解與討論

筆者調查發現，題目中：“②分析表格中對應

的數據可知，對物體的動能影響更大……”大部分教師經常如此解釋：“由第1、2組的實驗數據可知，當質量相同時，高度即速度為第1組的2倍時，木塊運動的距離即動能變為原來的4倍；比較第1、3組的實驗數據可知，高度（速度）相同時，質量變為原來的2倍時，木塊運動的距離即動能增加了2倍.所以速度對動能的影響更大.”筆者通過這種方法解釋時，發現90%的學生欣然接受.或許有人覺得既然學生能夠理解，就無需去深究這些數據，但事實卻是筆者在任教過程中碰到了幾位質疑數據的學生，才發現了問題.因此，通過實驗驗證和理論推算發現，第2組和第3組動能均為第1組的2倍.上述解釋顯然不可行.

速度對動能的影響無疑比質量大，正確的數據不能違背這個事實.其實，從正確的數據來分析，同樣能夠得出這樣的結論.原因在于高度并不等同于速度，而是等同于速度的平方.由式（1）可得：

v=2gh.（4）

因此，題中1、2組的實驗數據可知“當質量相同時，高度變為原來的2倍，即速度變為原來的2時，木塊運動的距離為原來的2倍，即動能增加為原來的2倍”.顯然實驗1、2和實驗1、3相比，動能同時增大為原來的2倍前提下，實驗1、2是質量相同時速度需增大為原來的2，而實驗1、3是速度相同時質量則需增大為原來的2倍，所以速度對物體動能的影響較大.

三、試題引發的思考

這道中考試題，猶如一面鏡子，通過它我們可以看到，一道優質的實驗探究型試題來之不易.這是因為初中生的物理知識有限，數學能力也有限，能夠符合他們的物理知識和計算能力且有深度的探究性試題不容易設計.因此，一道優質試題的出現，容易迅速擴散到全國各個省市.一道有錯誤的中考試題，也可能為物理教學帶來深遠影響.實驗探究型的題目，必然需要實驗數據的支撐，需要通過真正的實驗進行驗證.而通過設計編制出來的數據，雖然容易讓初中生接受和解答，但卻磨滅了物理的實驗本質.物理的本質是事實求是的實驗，記錄真實的數據，從數據中總結結論，發現規律.否則，一旦數據出現問題，不僅失去了實驗探究的意義，還可能暗示學生為了達到想要的實驗結果，數據是可以編制的.這正是筆者所擔心的.

參考文獻

王偉民.對2013年安徽中考物理卷一道題目的質疑[J].物理教師，2014，35（3）.