事實(shí)求是，還物理實(shí)驗(yàn)本質(zhì)

蔡淑寬

探究性實(shí)驗(yàn)類題目是初中物理考試題目的主要類型之一.近年來，各省市中考試題大都采用此類題型.筆者研究發(fā)現(xiàn)，這類題目給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果堪稱完美，數(shù)據(jù)完全符合邏輯且無瑕疵.真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，能得到如此完美的數(shù)據(jù)嗎？這樣捏造出的數(shù)據(jù)抹殺了物理學(xué)科自身的實(shí)驗(yàn)特性及其本質(zhì).筆者偶然發(fā)現(xiàn)一組疑問數(shù)據(jù)，述之與同行共論，希望能引發(fā)物理教育者的深思.

一、試題來源及論證

題目（選自2014年內(nèi)蒙古包頭市中考試題第12題，是否為首次出現(xiàn)無從考究）：為了探究物體動能大小與哪些因素有關(guān)，同學(xué)們設(shè)計(jì)了如圖甲、乙的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

甲

乙

（1）圖甲是讓不同質(zhì)量的小球沿同一光滑斜面從B處由靜止自由釋放，然后分別撞擊到放在水平面上的同一木塊，木塊在水平面運(yùn)動一段距離后靜止時(shí)的情景.據(jù)此，你能得出的結(jié)論是.

（2）圖乙是讓質(zhì)量相同的小球沿同一光滑斜面分別從A、B由靜止自由釋放，然后與放在水平面上的同一木塊相碰到靜止后的情景.據(jù)此，你能得出的結(jié)論是.

（3）實(shí)驗(yàn)后，同學(xué)們聯(lián)想到在交通事故中，造成安全隱患的因素有汽車的“超載”與“超速”，進(jìn)一步想知道，在影響物體動能大小的因素中，哪個(gè)對動能影響更大，于是利用上述器材進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測定，得到的數(shù)據(jù)如下表.

實(shí)驗(yàn)序號小球質(zhì)量m/g小球自由滾下的高度h/cm木塊被撞后運(yùn)動的距離s/m

130104

2302016

360108

①在探究“超載”隱患時(shí)，應(yīng)選擇序號的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較.

②分析表格中對應(yīng)的數(shù)據(jù)可知，對物體的動能影響更大，即當(dāng)發(fā)生交通事故時(shí)，由此造成的危害更嚴(yán)重.

筆者在檢索該題目時(shí)發(fā)現(xiàn)，此題除了在2014年內(nèi)蒙古包頭市中考試題中出現(xiàn)外，在2015年山東省棗莊市中考物理試題第21題、2015年四川省眉山市中考物理試題第26題重復(fù)出現(xiàn).其中棗莊市和包頭市題目內(nèi)容完全一樣，眉山市數(shù)據(jù)略有變化，但數(shù)據(jù)之間比例不變.同時(shí)發(fā)現(xiàn)，該題在2014～2016年間被不下二十個(gè)市、區(qū)的統(tǒng)考試題所引用.可見，這道動能題目影響之廣.

筆者初看這道題發(fā)現(xiàn)，其對于動能的探究非常全面，也符合初中生的物理知識和數(shù)學(xué)能力水平.但是經(jīng)過深究其數(shù)據(jù)，筆者認(rèn)為這是一道錯(cuò)題，其表格中的數(shù)據(jù)存在致命問題.

根據(jù)機(jī)械能守恒，當(dāng)小球到達(dá)水平面時(shí)應(yīng)有：

Ek=12mv2=mgh.（1）

在水平面上小球和木塊做減速運(yùn)動，三種情況系統(tǒng)所受的摩檫力f相同.根據(jù)功能原理可知：

12mv2=mgh=fs.（2）

根據(jù)式（1）和式（2）可得：

s=mghf.（3）

若假設(shè)第1組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的話，則可求出第2組實(shí)驗(yàn)?zāi)緣K被撞后運(yùn)動的距離數(shù)據(jù)應(yīng)由16改為8，其余組數(shù)據(jù)不變.筆者通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，第2組和第3組木塊被撞后運(yùn)動的距離均約為第1組的2倍.因此，從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論推導(dǎo)結(jié)果，筆者認(rèn)為這是一道錯(cuò)題.

二、對試題的講解與討論

筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，題目中：“②分析表格中對應(yīng)

的數(shù)據(jù)可知，對物體的動能影響更大……”大部分教師經(jīng)常如此解釋：“由第1、2組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)質(zhì)量相同時(shí)，高度即速度為第1組的2倍時(shí)，木塊運(yùn)動的距離即動能變?yōu)樵瓉淼?倍；比較第1、3組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，高度（速度）相同時(shí)，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí)，木塊運(yùn)動的距離即動能增加了2倍.所以速度對動能的影響更大.”筆者通過這種方法解釋時(shí)，發(fā)現(xiàn)90%的學(xué)生欣然接受.或許有人覺得既然學(xué)生能夠理解，就無需去深究這些數(shù)據(jù)，但事實(shí)卻是筆者在任教過程中碰到了幾位質(zhì)疑數(shù)據(jù)的學(xué)生，才發(fā)現(xiàn)了問題.因此，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和理論推算發(fā)現(xiàn)，第2組和第3組動能均為第1組的2倍.上述解釋顯然不可行.

速度對動能的影響無疑比質(zhì)量大，正確的數(shù)據(jù)不能違背這個(gè)事實(shí).其實(shí)，從正確的數(shù)據(jù)來分析，同樣能夠得出這樣的結(jié)論.原因在于高度并不等同于速度，而是等同于速度的平方.由式（1）可得：

v=2gh.（4）

因此，題中1、2組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知“當(dāng)質(zhì)量相同時(shí)，高度變?yōu)樵瓉淼?倍，即速度變?yōu)樵瓉淼?時(shí)，木塊運(yùn)動的距離為原來的2倍，即動能增加為原來的2倍”.顯然實(shí)驗(yàn)1、2和實(shí)驗(yàn)1、3相比，動能同時(shí)增大為原來的2倍前提下，實(shí)驗(yàn)1、2是質(zhì)量相同時(shí)速度需增大為原來的2，而實(shí)驗(yàn)1、3是速度相同時(shí)質(zhì)量則需增大為原來的2倍，所以速度對物體動能的影響較大.

三、試題引發(fā)的思考

這道中考試題，猶如一面鏡子，通過它我們可以看到，一道優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究型試題來之不易.這是因?yàn)槌踔猩奈锢碇R有限，數(shù)學(xué)能力也有限，能夠符合他們的物理知識和計(jì)算能力且有深度的探究性試題不容易設(shè)計(jì).因此，一道優(yōu)質(zhì)試題的出現(xiàn)，容易迅速擴(kuò)散到全國各個(gè)省市.一道有錯(cuò)誤的中考試題，也可能為物理教學(xué)帶來深遠(yuǎn)影響.實(shí)驗(yàn)探究型的題目，必然需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐，需要通過真正的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證.而通過設(shè)計(jì)編制出來的數(shù)據(jù)，雖然容易讓初中生接受和解答，但卻磨滅了物理的實(shí)驗(yàn)本質(zhì).物理的本質(zhì)是事實(shí)求是的實(shí)驗(yàn)，記錄真實(shí)的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中總結(jié)結(jié)論，發(fā)現(xiàn)規(guī)律.否則，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題，不僅失去了實(shí)驗(yàn)探究的意義，還可能暗示學(xué)生為了達(dá)到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，數(shù)據(jù)是可以編制的.這正是筆者所擔(dān)心的.

參考文獻(xiàn)

王偉民.對2013年安徽中考物理卷一道題目的質(zhì)疑[J].物理教師，2014，35（3）.