基于实验再探究的初中物理专题复习研究

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  传统复习课模式有知识结构梳理型、典型例题拓展型等,非常注重对原来知识归纳总结、拓展加深,通过大量的例题和习题,不断地讲和練,以求达到巩固的效果,基本忽视实验的作用,复习效果不理想.有鉴于此,在初中物理专题复习中,以实验为主线、以实验为载体,对已经探究过的实验在复习中进一步深化探究、拓展探究,把知识和实验相融合,通过演示实验、分组实验、定性实验、定量实验、验证实验、探究实验等再探究,不断对原有知识、方法、技能的重组、整合、加深,使学生从整体上把握知识的内在联系,使知识系统化、网络化,进而提高复习效果.
  1定性实验再探究——深化核心概念的理解
  定性实验是指研究某些因素间是否存在联系,某些对象的结构如何等,它对每一个现象都是描述性质的,对发现的每一个自然定理都是性质定义.初中物理有大量的定性实验,很多实验用到的实验器材是相同或相近的.复习时要求学生能够从原认知出发,通过演绎、推理、建立,设计出这些相近的实验方案,就可以很好的检验原相关知识结构.复习时要充分挖掘这类实验,以点带线,以线带面,做到综合复习、系统复习.
  例1现有带斜面的长木板、小车(图1).在此基础上,添加少量器材,设计下面四个探究实验:
  (1)探究“影响滑动摩擦力大小的因素” ;
  (2)探究“阻力对物理运动的影响” (牛顿第一定律);
  (3)探究“动能大小与哪些因素有关”;
  (4)探究“影响斜面的机械效率的因素”.
  设计方案:
  (1)添加毛巾、棉布可以完成“阻力对物理运动的影响”;
  (2)添加毛巾、棉布、砝码和弹簧测力计可以完成“影响滑动摩擦力大小的因素”;
  (3)添加砝码和木块可以完成“动能大小与哪些因素有关”;
  (4)把带斜面的长木板反过来构成一个长斜面,再添加弹簧测力计可以完成“影响斜面的机械效率因素”
  拓展问题:
  (1)“阻力对物体运动的影响”和“影响滑动摩擦力大小的因素”两个实验中都添加了毛巾、棉布,它们的作用是什么?这两个实验结论是什么?
  (2)“阻力对物体运动的影响”实验中,通过观察比较实验现象,进一步推理可知若水平面绝对光滑,则小车将会怎样运动?画出此时小车的受力情况.
  (3)探究“阻力对物体运动的影响”和“动能大小与哪些因素有关”两个实验中都要控制小车从斜面的同一高度自由下滑,这样做的目的是什么?小车从斜面滑下来,机械能怎么转化?
  (4)“影响斜面的机械效率因素”的实验中,画出沿斜面向上运动的小车的受力示意图.斜面的机械效率受哪些因素影响?结论是什么?
  (5)“影响滑动摩擦力大小的因素”实验中,要求弹簧测力计必须匀速直线运动,这是为什么?实际操作过程中发现很难保持弹簧测力计示数的稳定,很难读数.但采用如图2所示的实验装置可以很好的解决了以上问题,这样做有什么好处?
  通过巧妙设计,不断拓展,从一个实验演变成四个实验,涉及到的知识点和规律包括:摩擦力、平衡状态、二力平衡、受力分析、牛顿第一定律、惯性、功、功率、机械效率、速度、质量、密度、机械能、能量转化等,基本覆盖了力学大部分知识.通过动手设计这几个实验,既可以复习相应的实验现象、实验方法、实验结论,比较这些实验间的异同,又可以把这几个实验相关的知识点串联起来,更有利于学生理解掌握知识背后的系统联系,提高专题复习效果.
  2定量实验再探究——强化科学方法的掌握
  定量实验是依据统计数据,建立数学模型,并以实验、数学符号、公式等计算出分析对象的各项指标及其数值的一种方法.初中物理有大量的定量实验,如测电阻、测密度、测压强等,它们在新课教学时从实验中得到,最后又通过实验复习得以巩固、提升、应用,利用好定量实验可以大大提高专题复习效果.
  例2现有天平、刻度尺、量筒、弹簧测力计、空塑料瓶、水、烧杯,选择合适的器材,测量一立方体铁块的相关物理量,并写出原理公式.
  (1)测小铁块的质量
  方案一:直接用天平
  方案二:用弹簧测力计间接测,原理的公式有G=mg.
  方案三:用量筒、空塑料瓶,原理公式有漂浮时F浮=G重,复习方法有排水法、平衡状态、受力分析等.
  (2)测小铁块的体积
  方案一:直接用刻度尺
  方案二:用量筒间接测,原理:排水法
  方案三:用弹簧测力计、烧杯,原理公式为阿基米德原理、排水法,即F浮=G排=ρgV有漂浮时F浮=G重,复习方法有排水法、平衡状态、受力分析等.
  (3)测小铁块平放在桌面,对桌面的压强
  方案一:天平、刻度尺
  方案二:弹簧测力计、刻度尺
  方案三:天平、量筒
  方案四:量筒、空塑料瓶
  方案五:弹簧测力计、烧杯
  拓展:
  (1)小铁块浸没入量筒水中前后压强变化量多大?
  (2)用排水法测小铁块体积时先把铁块浸没入量筒水中读出水面刻度为V1,再把铁块拿出来,读出水面刻度为V2,这样测出来的结果是偏大还是偏小?为什么?
  (3)如果要测出牛奶的密度,可以从以上器材中选择什么器材,原理公式是什么?写出表达式?
  (4)测小铁块质量的第三种方案中,空塑料瓶有什么作用?有没有其它方式达到这个作用?
  (5)如果是测小木块密度,只用量筒,应该怎么设计实验,最终表达式如何?
  (6)一个定量实验,由简到深,可以有多种设计方案,复习的物理概念有:质量、密度、重力、压强、浮力;复习的公式有:ρ= m/V,G=mg;F=pS;p=ρgh, F浮=G排=ρgV等;复习的物理规律有:平衡状态、沉浮条件、阿基米德原理等;培养的方法有:受力分析、排水法、控制变量法、转换法等,基本覆盖了力学专题的所有知识.通过这样一系列综合的定量实验,可以很好巩固学生原相关知识结构,学生的计算能力、理解能力、分析能力也得到了显著提高.   3核心实验再探究——认知结构的系统优化
  定性分析与定量分析应该是统一的,相互补充的;定性分析是定量分析的基本前提,没有定性的定量是一种盲目的、毫无价值的定量分析;定量分析使之定性更加科学、准确,它可以促使定性分析得出广泛而深入的结论.实验复习不是新课实验的简单重复,而是要挑选最重要最核心实验,由定性到定量,把复习知识与实验现象相融合,由浅入深,不断拓展深入,通过抓主干做到以点带面进行系统复习.
  例3(简单电路专题复习)伏安法测电阻,基础问题:
  (1)请按图3电路图连接实物图?
  (2)實验前滑动变阻器滑片应放在何处?为什么?此时滑动变阻器的作用是什么?
  (3)电流表和电压表应如何接入电路?“ ”“-”接线柱接反了会出现什么现象?量程选择不恰当会出现什么现象?
  (4)若Rx是定值电阻,为了探究通过定值电阻的电流与两端的电压关系,此时滑动变阻器的作用是什么?此时它的I-U图像有什么特点?
  (5)为了探究电压一定时,电流随电阻变化的关系,可以分别换用定值电阻R1、R2、R3、…此时滑动变阻器的作用是什么?
  (6)用一个已知阻值的定值电阻R0代替滑动变阻器,把图3实验改接成一个并联电路,要求开关控制整个电路,电流表能测出干路的电流.
  能力问题:
  (7)图3实验中,若用一个已知阻值的定值电阻R0代替电流表或电压表,请在图3基础上分别设计测量Rx的电路,并分别写出Rx表达式的推导过程?
  (8)测量定值电阻的阻值时可通过多次测量求平均值减小误差,测灯泡的阻值可以用这种方法吗?测灯泡的额定功率可以用这种方法吗?为什么?
  (9)利用图4的实验电路图还可以测量小灯泡消耗的电功率,此时滑动变阻器的作用又是什么?当滑动变阻器滑片向a端滑时,电压表、电流表、小灯光亮度会怎么变化?
  (10)图4测量小灯泡消耗电功率时,小灯泡灯丝烧断会有什么现象?如果小灯泡短路又会有什么现象?
  (11)若用装满煤油的甲、乙两个相同烧瓶、两个带有橡皮塞的粗细均匀的相同玻璃管,内有选择好的铜丝和镍铬合金丝浸没在烧瓶的煤油中,用它代换图3中的Rx,如图5所示,此时滑动变阻器的作用是什么?
  (12)图5中烧瓶里的液体为什么选用煤油而不是水?烧瓶中用粗细均匀的相同玻璃管的目的是什么?在物理研究上用了什么思维方法?
  简单电路专题复习只要抓住核心电路—伏安法测电阻,设计由浅入深的基础问题和能力问题,横向比较归纳,纵向拓展深入,通过“滑动变阻器的作用”这一主线,可以把简单电路的主要概念和主要规律及主要方法等串联起来,进一步巩固提升,并挖掘它们内在的联系,使之系统化,同时大大提升了学生的分析问题、解决问题的能力.
  4归纳
  复习是将以往学过的知识点重组形成知识线、知识面、知识网络的过程,突出了整体构建、方法迁移和综合应用,突出了思维的拓展与科学方法的形成.借助实验再探究进行专题复习,不仅可以很好地还原知识形成过程,把复习知识与实验现象相结合,还可以通过不断拓展的综合性实验把原有知识重组、整合、深化,使学生从整体上把握知识的内在联系,使知识系统化,同时也提高了学生归纳总结和解决实际问题的能力,大大提高复习课的有效性.
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