淺談高中物理實(shí)驗(yàn)器材的選擇方法
——原理選擇法

林海翔

(廣東省雷州市第二中學(xué) 廣東湛江 524200)

物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，其規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都是以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，都是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣和激發(fā)學(xué)生求知欲望，使學(xué)生掌握科學(xué)方法的主要途徑。

一、“原理選擇法”的提出

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何選擇實(shí)驗(yàn)器材是高中師生在實(shí)驗(yàn)實(shí)施環(huán)節(jié)碰到的共同問(wèn)題。教材或相關(guān)資料中大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)案例，通常是直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程所需要的器材。所以，上課時(shí)教師都是要求學(xué)生機(jī)械地記下實(shí)驗(yàn)器材。筆者發(fā)現(xiàn)，這種做法會(huì)使學(xué)生因?qū)嶒?yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程枯燥而產(chǎn)生厭倦情緒，很難達(dá)到想要的教學(xué)效果。

高中學(xué)生需要學(xué)習(xí)的物理實(shí)驗(yàn)很多，必修和選修的各個(gè)模塊都有各種類型的實(shí)驗(yàn)，其中高考考綱要求掌握的實(shí)驗(yàn)就有13個(gè)，力學(xué)7個(gè)，電學(xué)5個(gè)，熱學(xué)1個(gè)。幾乎每個(gè)實(shí)驗(yàn)都用到十種甚至十種以上的器材，這些實(shí)驗(yàn)總共涉及的不同器材達(dá)五十多種。所以，讓學(xué)生準(zhǔn)確選出各個(gè)實(shí)驗(yàn)中所需要的器材并輕松記住，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果是筆者孜孜以求的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)不斷探索，筆者總結(jié)出了一種頗有成效的方法——“原理選擇法”，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理來(lái)選擇實(shí)驗(yàn)器材的一種方法。

高中物理實(shí)驗(yàn)主要有四種類型：研究型、探究型、驗(yàn)證型和測(cè)量型。無(wú)論哪一種類型，一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)都包含以下六大部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理和誤差分析。這六個(gè)部分之間存在緊密的聯(lián)系，形成一條關(guān)系鏈，其中實(shí)驗(yàn)原理決定了器材的選擇。如果能讓學(xué)生充分理解并利用這種決定關(guān)系，對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)如何選擇實(shí)驗(yàn)器材有很大幫助。下面筆者以高中物理實(shí)驗(yàn)的四種類型為例，分析高三力學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)，如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理來(lái)選擇實(shí)驗(yàn)器材。

二、“原理選擇法”在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

（一）研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)

實(shí)驗(yàn)原理：物體在外力的作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，記錄下物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，測(cè)出位移，利用相關(guān)知識(shí)求出其加速度即可研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

勻變速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是加速度不變，物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程必須保證所受的力是恒力，因此，按照實(shí)驗(yàn)的可操作性原則，物體的受力只能由重力來(lái)提供。若物體受力由自身重力提供，物體應(yīng)做自由落體運(yùn)動(dòng)；若物體受力由其他物體的重力提供，應(yīng)在拉力作用下做勻加速運(yùn)動(dòng)，記錄下其位移和時(shí)間，由公式

求出加速度。

1.方案一：自由落體法

利用鐵架臺(tái)固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓重錘自由下落，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，再用刻度尺測(cè)出位移。

應(yīng)選擇的器材有：鐵架臺(tái)、重錘、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、刻度尺等。

2.方案二：勻加速法

小車(chē)在拉力作用下，在長(zhǎng)木板上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄其運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，再用刻度尺測(cè)出位移。

應(yīng)選擇的器材有：長(zhǎng)木板（一端帶有滑輪）、小車(chē)、沙和沙桶（或鉤碼），細(xì)繩、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、刻度尺等。

（二）探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)原理：彈簧在拉力作用下會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)拉力和彈力大小相等，測(cè)出拉力和伸長(zhǎng)量的大小，就可研究?jī)烧咧g的關(guān)系。

1.方案一：懸掛彈簧法

將彈簧一端固定在鐵架臺(tái)上，另一端懸掛鉤碼（每個(gè)鉤碼質(zhì)量已知），測(cè)出彈簧原長(zhǎng)和長(zhǎng)度，作出拉力和伸長(zhǎng)量的F-x關(guān)系圖像即可。

應(yīng)選擇的器材有：鐵架臺(tái)、彈簧、刻度尺、鉤碼（一盒）、坐標(biāo)紙等。

2.方案二：平放彈簧法

將彈簧一端固定在T型木板上，另一端通過(guò)細(xì)繩懸掛鉤碼（每個(gè)鉤碼質(zhì)量已知），測(cè)出彈簧原長(zhǎng)和長(zhǎng)度，作出拉力和伸長(zhǎng)量的F-x關(guān)系圖像即可。

應(yīng)選擇的器材有：T型木板、彈簧、細(xì)繩、刻度尺、鉤碼、坐標(biāo)紙等。

（三）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

應(yīng)該選擇的器材有：重錘、鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺等。

（四）測(cè)定金屬絲的電阻率

由上式可知，需要測(cè)量物理量有：金屬絲的直徑d（很小）、長(zhǎng)度L，其兩端的電壓U和流過(guò)的電流I。

應(yīng)該選擇的器材有：電源、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表、螺旋測(cè)微器、刻度尺、滑動(dòng)變阻器等。

通過(guò)對(duì)以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)案例的分析，可以看出實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)器材的密切關(guān)系，教師若能利用好這個(gè)關(guān)系，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)將起到事半功倍的效果。

三、“原理選擇法”的課堂效果

課后檢查顯示，遇到考查器材選擇的題目時(shí)，學(xué)生不再像過(guò)去那樣靠模糊記憶和猜測(cè)來(lái)作答，學(xué)生厭倦和畏懼考查實(shí)驗(yàn)器材的題目的情況減少，作答正確率高了很多。以上情況表明，“原理選擇法”在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅能有效增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，而且能在一定程度上提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

當(dāng)然，筆者總結(jié)出的“原理選擇法”還處于實(shí)踐階段，雖然取得了一定的成效，但筆者將繼續(xù)探索，不斷完善和改進(jìn)“原理選擇法”，以提高高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。