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物理实验题在高考试卷中占有物理总分的15%左右的比例,可见实验在高考中占有重要地位.从近几年高考实验题看,考试内容已从考查课本实验的原理、步骤、数据处理、误差分析逐步过渡到考查考生运用学过的实验原理、方法解决新颖灵活的实验问题,注重对考生创新能力的考查.试题从实验原理、方法、装置、数据处理方法等多方面进行了创新,但学生遇到这种创新题往往缺乏应对能力,从历年高考看考生得分率较低.因此,物理实验能力能否提高关系到高三物理实验复习的成功与否,是高考能否取胜的关键.
1 实验复习要源于教材
1.1 重温教材实验
注重能力考查的高考,虽然不会照搬课本实验,但解答实验题所应具备的能力必须在掌握课本实验的基础上形成.通过复习课本实验的原理、方法、步骤、数据处理、误差分析等,从中汲取物理元素和思想方法,在解决实验问题时加以迁移或应用.该如何复习“探究加速度与力、质量的关系”的实验呢?我们可以以问题串的形式将几个重点问题引向深入,重点问题要能够揭示重要的物理思想或解决问题的方法.
(1)该实验探究问题的方法是什么?如何探究?(控制变量法,M一定量,改变F,研究a与F的关系;F一定时,改变M,研究a与M的关系.)
(2)该实验用到了什么实验器材,装置如何?(器材和装置如图1所示)
(3)该实验需测量哪些物理量?如何测量?(需测量小车质量、所受的合力、加速度;用天平测小车的质量M、小盘和砝码质量m、通过打点计时器打出的纸带可求得加速度.)
追问①:該实验中将小盘和砝码的重力作为小车所受的合力需满足什么条件?(一要平衡摩擦力,二要满足关系mM.)
追问②:如何平衡摩擦力?为什么要满足关系mM?(脱下细绳,接上纸带,将木板安装有打点计时器一端垫高,调整倾角至小车能匀速下滑;由mg-F=ma,F=Ma得F=mg1 mM,可知,只有当mM时,F≈mg.)
小车受多个力的作用,无法直接测量其合力,该实验通过平衡的方法,将绳子拉力作为小车所受的合力,通过近似的思想,认为小盘和砝码的重力等于绳子拉力,也就是小车所受的合力.通过这样的复习,让学生掌握化难为易,间接测量物理量的方法,领悟平衡摩擦力的巧妙.
(4)根据测得的数据,如何直观地探究a、F、M三者之间的关系?(作出a-F图象和a-1M图象,根据图象判断物理量之间的关系.)
追问:探究加速度与质量的关系时,为什么不作a-M图象,而要作a-1M图象?
(a-M图象和a-1M图象分别如图2甲、乙所示.图线甲只能看出M增大时a减小,但a与M具体是什么关系,不能得出.而图线乙是一条过原点的倾斜直线,据此可判断a与M成反比.)
利用图象处理数据是物理实验中常用的重要方法.在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比,那么,x就应与1y成正比.因为在处理数据时,判断正比例函数图象比判断一条曲线是否为反比例函数图象要简单和直观得多,所以可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理,通过对实验数据处理方法的探究,让学生感受到“化曲为直”的好处.
(5)保持小车的质量不变,探究a与F的关系,某同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的关系,图线如图3所示,图线不通过坐标原点的原因是什么,图线弯曲的原因又是什么?(图线①不通过原点是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够;图线②不通过原点是由于平衡摩擦力过度或者说木板的倾角太大;两条图线均发生弯曲是由于随着砝码质量的增大,不再满足mM的条件.)
1.2 重做教材实验
实验能力的形成除了要掌握实验原理还要建立在真正的实验操作基础之上.动手操作是实验的主体,没有操作过程便没有实验,在实际操作中会遇到意想不到的问题,可以发现在理论分析中发现不了的问题.高考实验题中经常考查的实验仪器安装、仪器的使用、仪表的读数、步骤的排序、操作的纠错、画电路图、电路连线、仪器及量程选择、实验误差的处理等都与实验的实际操作有关,真正的考查了考生的实际操作能力.高三的实验复习往往是“纸上谈兵”,不愿意走实际操作这一非常重要的环节,导致学生实际操作能力较差,实际操作经验不足.如在“探究加速度与力、质量的关系”的实验,常常看到学生做实验时长木板未伸出桌面导致绳子与桌棱摩擦,绳子不与木板平行,砝码盘中砝码质量太大等等错误.
2 实验复习要高于教材
现在的高考实验题紧贴新课标的要求,对学生的理论分析能力、实验设计能力、观察能力、动手能力、数据处理能力及误差分析能力要求不断提高,试题情境新,起点高,却都落在核心知识的运用上.高考实验题以分组实验为主,要提升学生的实验能力,有必要对经典的实验题进行拓展、延伸、改进、翻新,提升学生的科学素养和创新能力.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中可以从以下几个方面进行扩展或创新.
2.1 功能延伸
教材中本实验的这套装置还可用于做什么实验?
评析 这套装置还可用于做“探究动能定理”、 “研究匀变速直线运动的规律”、“测定滑动摩擦因数”等的实验,它们可归结为“板块装置”,可一“材”多用,这样便于学生记忆和应用.
2.2 器材重组
利用已有的器材,依据科学的实验原理对实验器材进行重新组合,从而达到相同的实验目的.
例1 小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中,设计出如下的实验方案,其实验装置如图4所示.已知小车质量M,砝码盘质量m0,所使用的打点计时器交流电频率f.其实验步骤是
A.按图中所示安装好实验装置;
B.调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动;
C.取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m;
1 实验复习要源于教材
1.1 重温教材实验
注重能力考查的高考,虽然不会照搬课本实验,但解答实验题所应具备的能力必须在掌握课本实验的基础上形成.通过复习课本实验的原理、方法、步骤、数据处理、误差分析等,从中汲取物理元素和思想方法,在解决实验问题时加以迁移或应用.该如何复习“探究加速度与力、质量的关系”的实验呢?我们可以以问题串的形式将几个重点问题引向深入,重点问题要能够揭示重要的物理思想或解决问题的方法.
(1)该实验探究问题的方法是什么?如何探究?(控制变量法,M一定量,改变F,研究a与F的关系;F一定时,改变M,研究a与M的关系.)
(2)该实验用到了什么实验器材,装置如何?(器材和装置如图1所示)
(3)该实验需测量哪些物理量?如何测量?(需测量小车质量、所受的合力、加速度;用天平测小车的质量M、小盘和砝码质量m、通过打点计时器打出的纸带可求得加速度.)
追问①:該实验中将小盘和砝码的重力作为小车所受的合力需满足什么条件?(一要平衡摩擦力,二要满足关系mM.)
追问②:如何平衡摩擦力?为什么要满足关系mM?(脱下细绳,接上纸带,将木板安装有打点计时器一端垫高,调整倾角至小车能匀速下滑;由mg-F=ma,F=Ma得F=mg1 mM,可知,只有当mM时,F≈mg.)
小车受多个力的作用,无法直接测量其合力,该实验通过平衡的方法,将绳子拉力作为小车所受的合力,通过近似的思想,认为小盘和砝码的重力等于绳子拉力,也就是小车所受的合力.通过这样的复习,让学生掌握化难为易,间接测量物理量的方法,领悟平衡摩擦力的巧妙.
(4)根据测得的数据,如何直观地探究a、F、M三者之间的关系?(作出a-F图象和a-1M图象,根据图象判断物理量之间的关系.)
追问:探究加速度与质量的关系时,为什么不作a-M图象,而要作a-1M图象?
(a-M图象和a-1M图象分别如图2甲、乙所示.图线甲只能看出M增大时a减小,但a与M具体是什么关系,不能得出.而图线乙是一条过原点的倾斜直线,据此可判断a与M成反比.)
利用图象处理数据是物理实验中常用的重要方法.在实验中如果发现一个量x与另一个量y成反比,那么,x就应与1y成正比.因为在处理数据时,判断正比例函数图象比判断一条曲线是否为反比例函数图象要简单和直观得多,所以可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线进行处理,通过对实验数据处理方法的探究,让学生感受到“化曲为直”的好处.
(5)保持小车的质量不变,探究a与F的关系,某同学根据实验数据作出了加速度a与合力F的关系,图线如图3所示,图线不通过坐标原点的原因是什么,图线弯曲的原因又是什么?(图线①不通过原点是由于没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够;图线②不通过原点是由于平衡摩擦力过度或者说木板的倾角太大;两条图线均发生弯曲是由于随着砝码质量的增大,不再满足mM的条件.)
1.2 重做教材实验
实验能力的形成除了要掌握实验原理还要建立在真正的实验操作基础之上.动手操作是实验的主体,没有操作过程便没有实验,在实际操作中会遇到意想不到的问题,可以发现在理论分析中发现不了的问题.高考实验题中经常考查的实验仪器安装、仪器的使用、仪表的读数、步骤的排序、操作的纠错、画电路图、电路连线、仪器及量程选择、实验误差的处理等都与实验的实际操作有关,真正的考查了考生的实际操作能力.高三的实验复习往往是“纸上谈兵”,不愿意走实际操作这一非常重要的环节,导致学生实际操作能力较差,实际操作经验不足.如在“探究加速度与力、质量的关系”的实验,常常看到学生做实验时长木板未伸出桌面导致绳子与桌棱摩擦,绳子不与木板平行,砝码盘中砝码质量太大等等错误.
2 实验复习要高于教材
现在的高考实验题紧贴新课标的要求,对学生的理论分析能力、实验设计能力、观察能力、动手能力、数据处理能力及误差分析能力要求不断提高,试题情境新,起点高,却都落在核心知识的运用上.高考实验题以分组实验为主,要提升学生的实验能力,有必要对经典的实验题进行拓展、延伸、改进、翻新,提升学生的科学素养和创新能力.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中可以从以下几个方面进行扩展或创新.
2.1 功能延伸
教材中本实验的这套装置还可用于做什么实验?
评析 这套装置还可用于做“探究动能定理”、 “研究匀变速直线运动的规律”、“测定滑动摩擦因数”等的实验,它们可归结为“板块装置”,可一“材”多用,这样便于学生记忆和应用.
2.2 器材重组
利用已有的器材,依据科学的实验原理对实验器材进行重新组合,从而达到相同的实验目的.
例1 小组在“探究加速度与物体受力的关系”实验中,设计出如下的实验方案,其实验装置如图4所示.已知小车质量M,砝码盘质量m0,所使用的打点计时器交流电频率f.其实验步骤是
A.按图中所示安装好实验装置;
B.调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动;
C.取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m;