強化實驗能力 走出實驗誤區

郭振勇

[摘 要]物理實驗是培養學生能力的重要環節。高考對實驗的考查更加靈活，有原理上的變通，方法上的創新，裝置上的改進，等等。學生對實驗的復習投入了大量的時間和精力，然而效果并不明顯，究其原因是對實驗的認識和理解存在很多誤區。文章以人教版高中物理教材上的實驗為例，結合實驗教學經驗，從四個方面分析實驗復習過程中常出現的誤區。

[關鍵詞]實驗誤區；惰性思維；能力培養；綜合與發散；信息多元化

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2018）02005302

一、探究類實驗與驗證類實驗混為一談

“探究”是指借用與之相關的知識并通過實驗，探尋物理量之間的規律；“驗證”是指已經知道了該規律，借用實驗手段來加以檢驗證明。很多學生將“探究”變成了“驗證”，因而出現因與果、本與末顛倒的現象，造成在解題的過程中大量失分。

1.“探究求合力的方法”，誤當成“驗證力的平行四邊形定則”

本實驗是：先獲取三個力F1、F2、F（F1、F2共同作用的效果與F單獨作用時的效果相同），然后再探究三力大小關系。

探究方法1：以三力大小為邊連成四邊形，看是否為平行四邊形，如圖1所示。

探究方法2：以F1、F2為邊畫平行四邊形，將對角線F′與F比較，看兩者是否重合，如圖2所示。

若是“驗證力的平行四邊形定則”，只能利用如圖2所示的方法。

2.“探究做功與速度變化的關系”，誤當成“驗證動能定理”

問題1：一定要研究W與v2的關系嗎？因為探究的是做功與速度變化的關系，在初速為零的前提下，也可以探究W與v、v、v3……的關系。

問題2：一定要測出小車的質量嗎？因為是探究做功與速度變化的關系，與質量無關。若是“驗證動能定理”，則必須測出小車的質量m，且研究的應該是W與

12mv2的關系。

像這類實驗還有很多，如“探究碰撞中的不變量”誤當成“驗證動量守恒定律”，“探究電磁感應的產生條件”誤當成“驗證電磁感應定律”，“探究單擺周期與擺長的關系”誤當成“利用單擺實驗測定加速度”，等等。由于篇幅有限，這里不再一一陳述。

總結：在做探究類實驗的過程中，即使已經知道該規律，也應當成不知道，按照這個思路做實驗才能成功。

探究的過程自由度比較大，更容易考查學生探究的思維過程，培養學生的發性散思維能力和邏輯推理能力。

二、遇到用“木板與小車”來完成的實驗時，誤認為一定要“平衡阻力”

1.實驗“探究小車速度隨時間變化的規律”

利用如圖3所示的裝置研究速度和時間的關系，與小車受幾個力、受恒力還是變力均無關，所以沒有平衡阻力的需要。

2.實驗“探究質量一定時，加速度與力的關系”

利用如圖3所示的裝置探究“質量一定時，加速度與力的關系”，小車在沿板的方向上會受到細線的拉力、板的摩擦力、紙帶的拉力，而板的摩擦力和紙帶的拉力不易測出，所以將板的右側墊起，用小車沿板向下的分力加以平衡掉，只剩下便于測出的細線拉力。

3.實驗“探究做功與速度變化的關系”

利用如圖4所示的裝置“探究做功與速度變化的關系”。速度利用紙帶測出，力對小車做的功怎么獲取？由于橡皮筋是變力做功，不能得到具體值，可通過改變橡皮筋的個數來獲取不同的功，即W1=F1x、W2=F2x、W3=F3x…，且W2=2W1、W3=3W1…可見，若不平衡阻力，則功無法呈現倍數關系。

利用如圖3所示的裝置“探究做功與速度變化的關系”。速度利用紙帶測出，力對小車做的功可以這樣獲取：在力不變的情況下，改變位移可以獲取多個功，即W1=Fx1、W2=Fx2、W3=Fx3…若位移成倍數關系，則W2=2W1、W3=3W1…可見，是否平衡阻力對本實驗沒有影響。

總結：實驗中是否要“平衡阻力”，與研究的問題、研

究方法和實驗裝置都有關，不能誤認為遇到用“木板與小車”來完成的實驗就一定要“平衡阻力”，要具體問題具體分析。

三、用圖像處理實驗數據時，兩坐標軸的起點誤認為一定要從（0，0）開始

1.測繪小燈泡伏安特性的“I-U”圖線

由于研究的是特征曲線，即過不過原點是其重要的一項性能指標，所以在用圖像處理實驗數據時坐標原點必須從（0，0）開始，如圖5所示。再如圖6所示的晶體二極管的特征曲線，等等。

2.測定電池的電動勢和內阻時用到的“U-I”圖線

本實驗的數據用“U-I”圖線處理的主要目的，是利用它的斜率和截距求出電池的電動勢和內阻，只要能達到此目的，其圖像的坐標原點就不一定從（0，0）開始。比如下面的三幅“U-I”圖線。圖7中電池的電動勢為1.20V、內阻為0.80Ω，圖8中電池的電動勢為1.50V、內阻為0.80Ω，圖9中電池的電動勢為1.58V、內阻為0.80Ω。

除了上述情況外，還有研究平拋運動時的“x-y”圖線，由于描繪的是運動的軌跡，原點可以不是（0，0）；探究拉力一定時加速度與質量關系的“a-m”或“a-1/m”圖線，其坐標原點必須從（0，0）開始，等等。

總結：只要是特征曲線或探究兩物理量間的關系時，其坐標原點必須從（0，0）開始。若僅是利用圖線的斜率和截距求解某量的數值時，其坐標原點可以自由選定。

四、電壓表與電流表同時使用時“內外接”問題中的誤區

【例題】 （2005年高考題改編）用下列器材測量某種電池的電動勢E及內阻r，器材：量程3V、有一定內阻的電壓表；量程0.5A、可視為理想的電流表；滑動變阻器R，開關S，導線。為了減小實驗誤差，實驗時應選擇圖10 所示的電路；若測量滑片在中央時變阻器的具體阻值，應選擇 圖所示的電路。

解析：測電池電動勢和內阻時，研究對象是電池，使用的原理是全電路歐姆定律E=U+Ir，其中U應為路端電壓，I應為干路電流，由于電流表為理想電表，所以應選圖10（乙）所示電路。測變阻器的阻值時，研究對象是變阻器，使用的原理是部分電路歐姆定律R=UI，其中U應為變阻器兩端的電壓，I應為流過變阻器的電流。由于電流表為理想電表，所以應選圖10（甲）所示電路。若電表內阻已知，則內外接可以不用過分糾結，因為可以定量計算。

總結：電表的內外接不能一概而論，要視研究的問題和儀器的特征而定，不能胡亂套用結論。

實驗一直是高考考查的重要內容，它綜合性強，靈活性大，信息量多。要想把實驗題解答好，就要明確實驗目的，搞清實驗原理，了解實驗儀器，整合多元信息，強化實驗能力，走出實驗誤區。

（責任編輯 易志毅）