物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)應(yīng)夯實(shí)三個(gè)“基本”

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的靈魂，是物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是高考的考查精華。但每年的高考實(shí)驗(yàn)題，不論試題難易如何，考生失分率都較高，這種現(xiàn)象， 從客觀上分析，與各地學(xué)校實(shí)驗(yàn)室配置及投入有關(guān);從主觀上分析， 高考對實(shí)驗(yàn)的考查分值占物理總分值的1/6到1/8，而平時(shí)教學(xué)活動(dòng)對實(shí)驗(yàn)的重視程度不夠，投入時(shí)間遠(yuǎn)小于高中物理總課時(shí)的1/6到1/8，而考前的復(fù)習(xí)活動(dòng)對實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的投入時(shí)間也不夠，造成學(xué)生對實(shí)驗(yàn)重要性的重視不夠以致大面積失分。實(shí)際上，在實(shí)驗(yàn)上多投入一些，不僅有利于高考，也有利于知識教學(xué)。如何走出實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的“冷環(huán)境”，應(yīng)著重夯實(shí)三個(gè)“基本”。

1 基本實(shí)驗(yàn)儀器

高中物理實(shí)驗(yàn)的基本儀器包括課堂演示用的儀器和學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的儀器，主要有：刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、彈簧測力計(jì)、天平、秒表、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電流表、電壓表、多用電表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱、靜電計(jì)、示波器、三棱鏡、雙縫干涉器等，復(fù)習(xí)活動(dòng)中應(yīng)以學(xué)生實(shí)驗(yàn)用儀器為主，了解和明確如下方面的內(nèi)容。

1.1 關(guān)于儀器主要構(gòu)成及特點(diǎn)：了解儀器構(gòu)成和特點(diǎn)是正確和熟練使用儀器的前提，復(fù)習(xí)活動(dòng)中，要讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，充分的接觸儀器，用心研究儀器

如三種分度的游標(biāo)卡尺：在讓學(xué)生通過觀察、比較，明確其分度原理和讀數(shù)原理的基礎(chǔ)上，可給出一組數(shù)據(jù)（如34.35mm、12.52mm、7.90mm），先要求學(xué)生判斷所用卡尺分度，再推斷游標(biāo)尺上的第幾條刻線與主尺的幾毫米刻線對準(zhǔn)，最后通過實(shí)物驗(yàn)證，這樣，就可突破學(xué)生對游標(biāo)卡尺讀數(shù)的障礙。

如滑動(dòng)變阻器：在電路設(shè)計(jì)和實(shí)物連線上，對于其分壓接法，失分率總是居高不下，只有讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中面對實(shí)物，認(rèn)清四個(gè)接線柱位置，實(shí)物研究和練習(xí)分壓接法，才能在考試中盡可能的避免錯(cuò)誤。

如多用電表：功能選擇開關(guān)的使用、刻度盤中的幾排刻度與量程的對應(yīng)關(guān)系、紅黑插孔極性與電流流向關(guān)系等知識點(diǎn)，在學(xué)生的知識庫中基本上是一個(gè)盲點(diǎn)，只有讓學(xué)生用實(shí)物去測量真實(shí)的電壓、電流、電阻，才能有效的打破和突破上述的盲點(diǎn)與難點(diǎn)。

1.2 關(guān)于儀器的使用與讀數(shù)

正確使用儀器是圓滿完成實(shí)驗(yàn)的前提，正確讀數(shù)與記錄是實(shí)驗(yàn)技能的充分體現(xiàn)。高中物理測量儀器中，只有游標(biāo)卡尺和機(jī)械秒表沒有估讀，測量中所記錄的有效數(shù)字最后一位就是精確值，其余測量儀器，讀數(shù)和記錄的有效數(shù)字中最后一位都是估讀值。復(fù)習(xí)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生突破如下幾方面：①測量儀器的讀數(shù)規(guī)則——根據(jù)測量儀器的最小分度確定讀數(shù)誤差出現(xiàn)的位置：ⅰ最小分度尾數(shù)為“1”的測量儀器，測量誤差出現(xiàn)在下一位，下一位按十分之一估讀，ⅱ最小分度尾數(shù)為“2”或“5”的測量儀器，測量誤差出現(xiàn)在同一位上，同一位分別按二分之一或五分之一估讀，ⅲ游標(biāo)卡尺、螺旋測微器的有零誤差的讀數(shù)與記錄；②測量儀器的使用規(guī)則----根據(jù)測量精度和要求所制定，如電壓表、電流表量程的選擇規(guī)則、歐姆表倍率檔位開關(guān)的選擇規(guī)則、滑動(dòng)變阻器限流、分壓接法的確定規(guī)則等。

1.3 關(guān)于儀器的實(shí)驗(yàn)功能

儀器的實(shí)驗(yàn)功能有直接測量功能和間接測量功能，成功完美的復(fù)習(xí)效果，應(yīng)是讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)儀器的間接測量功能。

例1 一把尺子能做什么測量和實(shí)驗(yàn)？

一把尺子能測——長度（直接測量）、速度（間接測量）、加速度（組合測量），金屬電阻率（組合測量）；一把尺子能驗(yàn)證——平行四邊形定則（組合實(shí)驗(yàn)），動(dòng)量守恒（組合實(shí)驗(yàn)），機(jī)械能守恒（組合實(shí)驗(yàn)），電阻定律（組合實(shí)驗(yàn)）。

例2 一塊電流計(jì)能做什么測量和實(shí)驗(yàn)？

能描繪電場中平面上的等勢線，能驗(yàn)證電磁感應(yīng)現(xiàn)象，能改裝成電流表或電壓表測電路電流或電壓，進(jìn)而探測黑箱電路，能改裝成歐姆表測電阻。

例3 為較準(zhǔn)確的測定物體所轉(zhuǎn)過的角度，可借鑒游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)原理，在一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤的邊緣刻上圓心角的度數(shù)（稱為主尺），圓盤外側(cè)固定一個(gè)不動(dòng)的圓弧狀的標(biāo)尺，圖中畫出了標(biāo)尺和主尺的一部分，標(biāo)尺上把與主尺上19°對應(yīng)的圓心角等分為20格，試讀出圖中標(biāo)尺0刻線與主尺0刻線間的角度。



如能從上述例題的角度和層面引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)驗(yàn)功能，應(yīng)能達(dá)到事半功倍的效果。

2 基本實(shí)驗(yàn)類型和問題

高中物理實(shí)驗(yàn)和問題的分布，基本有三種情況，即學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、課堂演示實(shí)驗(yàn)、課后小實(shí)驗(yàn)及閱讀材料類問題，其中閱讀材料最易在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中被遺忘。

2.1 關(guān)于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

近年考綱確定為19個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，從知識結(jié)構(gòu)上可分為5類——測量性實(shí)驗(yàn)（如用雙縫干涉測光波長）、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（如驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律）、研究性實(shí)驗(yàn)（如把電流表改裝為電壓表）、描述性實(shí)驗(yàn)（如描繪小燈泡的伏安特性曲線）、探索性實(shí)驗(yàn)（如用多用電表探索黑箱內(nèi)的電學(xué)元件）。實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，應(yīng)指導(dǎo)和要求學(xué)生做好以下幾個(gè)方面：

①從理論上進(jìn)行分類歸納，明確不同性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)、條件、器材及實(shí)驗(yàn)程序。

②走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)踐實(shí)驗(yàn)，研究實(shí)驗(yàn)：為了避免走馬觀花，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)問題題單，讓學(xué)生帶著問題去研究實(shí)驗(yàn)器材和裝置。

如針對驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置，可設(shè)計(jì)問題——實(shí)驗(yàn)中為什么不需用天平測重錘質(zhì)量？能否用此裝置測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?？若測定實(shí)驗(yàn)中的阻力，還需添加什么器材？

如針對研究平拋物體運(yùn)動(dòng)的裝置，可設(shè)計(jì)問題——若在坐標(biāo)紙上沒有記錄下原點(diǎn)（拋出點(diǎn)），僅記下了拋出點(diǎn)的鉛垂方向和一段軌跡，能否求解初速度？若連拋出點(diǎn)的鉛垂方向也無，能否僅用一段軌跡求解初速度？

如針對驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的裝置，可設(shè)計(jì)一組如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置圖，進(jìn)行比較，寫出裝置的不同特點(diǎn)和驗(yàn)證表達(dá)式。



③加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的基本訓(xùn)練——即基本測量方法的訓(xùn)練，基本實(shí)驗(yàn)儀器使用的訓(xùn)練，動(dòng)手能力和手腦并用能力的訓(xùn)練（包括選擇器材、調(diào)試儀器、安裝裝置、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)等），正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的訓(xùn)練等。

2.2 關(guān)于演示實(shí)驗(yàn)

演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中占有舉足輕重的地位，它通過教師講述新課、引入實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、啟迪發(fā)問、總結(jié)歸納，引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析、綜合問題，以接受新的物理知識，發(fā)現(xiàn)規(guī)律；同時(shí)又通過形象的物理實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，以培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力、科學(xué)探索精神和創(chuàng)新能力。所以，演示實(shí)驗(yàn)也就順理成章的被列為高考考查內(nèi)容之一?，F(xiàn)行教材中的演示實(shí)驗(yàn)，大約有20個(gè)左右，對一些典型的演示實(shí)驗(yàn)，如：平拋運(yùn)動(dòng)研究、用砂擺演示振動(dòng)圖象、共振演示、布朗運(yùn)動(dòng)演示、平行板電容器電容研究、洛倫茲力演示儀、楞次定律演示、自感電路演示、光的全反射現(xiàn)象、雙縫干涉與薄膜干涉、倫琴射線產(chǎn)生、光電效應(yīng)產(chǎn)生等，都是近年高考命題的熱點(diǎn)背景，如有充裕的時(shí)間，復(fù)習(xí)中可變成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)體會(huì)其方法引導(dǎo)功能和知識引導(dǎo)功能。一般情況下，要指導(dǎo)學(xué)生通過閱讀與演示實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容，認(rèn)知和理解實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到既復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，又復(fù)習(xí)基本知識的雙重目的。對于一些演示實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)行拓寬、加深，以培養(yǎng)綜合能力。



例4 將如圖的演示簡諧振動(dòng)圖象的砂擺實(shí)驗(yàn)稍作變更：使木板沿直線OO′作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)著的漏斗中漏出的沙在木板上顯示出右圖所示的曲線，A、B、C、D、E均為OO′軸上的點(diǎn)，測出AB=S1，BC=S2，擺長為L，擺角小于5°，則木板的加速度大小為多少？

2.3 關(guān)于課后小實(shí)驗(yàn)和閱讀材料

現(xiàn)行課本中，教材正文后，安排了“做一做”、“思考與討論”、“閱讀材料”三部分內(nèi)容，作為高中物理教材的一部分，它給學(xué)習(xí)者提供了一種拓寬、擴(kuò)展知識應(yīng)用的平臺(tái)，開辟了另一條學(xué)習(xí)和研究物理知識的實(shí)驗(yàn)途徑，通過這種學(xué)習(xí)手段，可培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，激發(fā)思維火花，所以，高考命題中，在這方面也有所滲透。

例5 下列有關(guān)蜃景的說法中正確的是

A.沿?？吹降尿拙笆钦⒌模且?yàn)樵娇拷婵諝獾恼凵渎试酱螵?/p>

B.沿?？吹降尿拙笆钦⒌模且?yàn)樵娇拷婵諝獾恼凵渎试叫—?/p>

C.內(nèi)陸炎熱的沙漠表面或馬路表面看到的蜃景是倒立的，是因?yàn)樵娇拷孛婵諝獾恼凵渎试酱螵?/p>

D.內(nèi)陸炎熱的沙漠表面或馬路表面看到的蜃景是倒立的，是因?yàn)樵娇拷孛婵諝獾恼凵渎试叫—?/p>

由上可知，這就需要在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，有機(jī)的溶進(jìn)這些內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生閱讀和研究這些內(nèi)容，并對應(yīng)的完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以增加和積累知識量， 這對拓寬知識領(lǐng)域和豐富實(shí)驗(yàn)技能有百利而無一害。

2.4 關(guān)于創(chuàng)新、重組實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新、重組實(shí)驗(yàn)就是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)及物理常識的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)、重組物理知識， 以考查學(xué)生應(yīng)用知識的能力。這類實(shí)驗(yàn)，它源于教材，又高于教材，更能考查學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)知識、創(chuàng)造性的應(yīng)用知識、靈活處理問題的能力，近年高考實(shí)驗(yàn)題基本上都屬于這類實(shí)驗(yàn)問題。

3 基本實(shí)驗(yàn)原理

解決實(shí)驗(yàn)問題，在認(rèn)知和理解了實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)問題類型的基礎(chǔ)上，突破口應(yīng)是實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)際上就是對應(yīng)的某個(gè)物理定律、定理、原理或是幾個(gè)物理規(guī)律的組合。解答實(shí)驗(yàn)問題時(shí)，只要通過閱讀實(shí)驗(yàn)題目，根據(jù)題目要求的測量目標(biāo)，分析構(gòu)思對應(yīng)的物理規(guī)律及公式，并進(jìn)行組合，就可量化實(shí)驗(yàn)原理，完成對實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面的確定和處理，由此順利解答實(shí)驗(yàn)問題。

例6 有一根細(xì)而均勻的導(dǎo)電金屬材料樣品，截面為同心圓環(huán)，重約1～2N，電阻約100Ω，長約為3cm，現(xiàn)需要測定它的內(nèi)徑d 。已知這種材料的密度為ρ0 ， 勁度系數(shù)為k ，比熱為 c，電阻率為ρ。因該樣品內(nèi)徑太小，無法直接測量，現(xiàn)提供以下實(shí)驗(yàn)器材：A.厘米刻度尺， B.毫米刻度尺， C.螺旋測微器， D.20分度的游標(biāo)卡尺，E.電流表A1(量程50mA ，r1=100Ω)， F.電流表A2(量程100mA， 內(nèi)阻r2約為40Ω)， G.滑動(dòng)變阻器(0-10Ω， 額定電流2A)， H. 蓄電池E(12V， 內(nèi)阻很小)， J. 電鍵一個(gè)，帶夾的導(dǎo)線若干，請根據(jù)上述器材設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能精確的測量該樣品內(nèi)徑的實(shí)驗(yàn)方案。

回答下列問題: ⑴應(yīng)選用的器材有______(只填代號字母)， ⑵寫出基本的實(shí)驗(yàn)步驟(必須交待應(yīng)測物理量的名稱和符號，如果用到電路，則須畫出電路圖)， ⑶寫出用已知的物理常數(shù)和測得的物理量表示金屬管線內(nèi)徑d的表達(dá)式。⑷除題中給出的器材外，可由你任選其它實(shí)驗(yàn)儀器，再設(shè)計(jì)一個(gè)測定這根金屬管線內(nèi)徑的實(shí)驗(yàn)方案，并寫出其表達(dá)式。

分析 由金屬管線內(nèi)徑d可聯(lián)想到管橫截面積S，由橫截面積S可聯(lián)想到體積與質(zhì)量，也可聯(lián)想到導(dǎo)體的電阻，但導(dǎo)體的質(zhì)量不能直接測得， 不能由重力公式G=mg通過測重力求解(因無彈簧秤)，也無法用與質(zhì)量有關(guān)系的比熱公式Q =m cΔt通過測吸、放熱求解，但導(dǎo)體的電阻可由伏安法測定， 這樣由電阻定律R=ρLS(其中R =U / I ，題目中雖未給電壓表，但給了一內(nèi)阻精確的電流表A1，此表可替代電壓表，由伏安法原理畫出如圖所示電路圖，得R=I1r1I2-I1) 及截面積公式S=π4(D2-d2) 得:d=D2-4ρLπR，此即為本實(shí)驗(yàn)原理，由此可解答題設(shè)問題（若再添加一架天平， 測出金屬管質(zhì)量m， 由密度公式 m = ρ0V 及體積公式 V =LS可得管內(nèi)徑 d=D2-4ρLπR）。

理解實(shí)驗(yàn)原理，還可通過一量多法測的層面進(jìn)行練習(xí)，如測定物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)，可用彈簧秤拉動(dòng)平衡法、斜面滑動(dòng)牛頓定律法、動(dòng)能定理法等；再如伏安法測電阻，可通過變換測量儀器，變式為雙流表法、雙壓表法、一表一箱變換電路法、恒流半偏法等。如此，只要真正理解了實(shí)驗(yàn)原理，就能熟練運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理解決實(shí)驗(yàn)問題。

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