基于理論探究的物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的嘗試

肖唯榮

(江蘇省太湖高級(jí)中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214125)

基于理論探究的物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的嘗試

肖唯榮

(江蘇省太湖高級(jí)中學(xué) 江蘇 無(wú)錫 214125)

物理高考對(duì)能力的要求比較高，傳統(tǒng)的“講-練”結(jié)合的二輪復(fù)習(xí)模式在培養(yǎng)學(xué)生能力和幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系時(shí)的效率較低，究其原因是學(xué)生在習(xí)題訓(xùn)練時(shí)缺乏必要的探究，不能融會(huì)貫通地運(yùn)用知識(shí)．本文以“小車-木板”模型為背景設(shè)計(jì)了一堂高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的理論探究課，來(lái)探索高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的有效教學(xué)模式．

高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí) 探究教學(xué) 理論探究 “小車-木板”模型

“小車-木板”模型是高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的重要模型，人教版教材中以它為基礎(chǔ)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)有4個(gè)：練習(xí)使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；探究速度隨時(shí)間變化的規(guī)律；探究加速度與物體質(zhì)量；物體受力的關(guān)系；探究功與速度變化的關(guān)系．在高考和高考模擬試題中以它為背景的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題層出不窮，如2012，2010，2009年江蘇高考卷第11題等．

在以往的高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，對(duì)于這一模型的處理方法往往是分別梳理每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、器材 選擇、操作步驟及注意點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理等，在此基礎(chǔ)上做一定量的習(xí)題并強(qiáng)調(diào)一些常見(jiàn)的結(jié)論．由于針對(duì)這一模型的試題的考查點(diǎn)在不斷變化，有時(shí)的考查內(nèi)容甚至與教師平時(shí)強(qiáng)調(diào)的結(jié)論完全相反，令學(xué)生遇到這類試題時(shí)無(wú)所適從，教師也成了救火隊(duì)員，出現(xiàn)新的問(wèn)題就補(bǔ)充講解，但往往無(wú)法讓學(xué)生徹底地掌握分析這類試題的方法．究其原因還是在常規(guī)復(fù)習(xí)課中教師過(guò)分強(qiáng)調(diào)結(jié)論性的東西，忽略了學(xué)生的思考和自我構(gòu)建，導(dǎo)致學(xué)生分析問(wèn)題的能力不強(qiáng)，遇到考查死記硬背的知識(shí)還能應(yīng)付，而遇到創(chuàng)新試題則束手無(wú)策．要解決這一問(wèn)題，必須要改變高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的方式，引入探究教學(xué)模式．當(dāng)然囿于高三復(fù)習(xí)的實(shí)際情況，不可能對(duì)這類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作探究，但可以在學(xué)生完成一定量習(xí)題的基礎(chǔ)上，從邏輯推理的角度引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論探究，幫助學(xué)生自我構(gòu)建這一模型的知識(shí)體系，提高分析問(wèn)題的能力．

本文以這一模型為背景在高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中進(jìn)行了理論探究教學(xué)的嘗試．

1 設(shè)置問(wèn)題背景

到高三第二輪復(fù)習(xí)階段，學(xué)生對(duì)“小車-木板”模型已經(jīng)有一定的認(rèn)識(shí)，因此可以嘗試從實(shí)際試題中跳出來(lái)，直接給出這一模型的基本裝置，如圖1所示.

圖1 “小車-木板”模型基本裝置

教師可以在講臺(tái)上安裝這樣一套器材，演示一下小車的基本運(yùn)動(dòng)，引起學(xué)生的回憶和思考，在此基礎(chǔ)上提出問(wèn)題：這一套裝置中涉及了哪些物理過(guò)程和規(guī)律？

2 基本規(guī)律探究

在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生從高中物理基本內(nèi)容出發(fā)，對(duì)裝置從受力情況、運(yùn)動(dòng)情況、能量關(guān)系3個(gè)角度進(jìn)行分析和總結(jié)(設(shè)小車質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m)．

2.1 受力分析

受力分析圖如圖2所示.

圖2 受力分析圖

由牛頓第二定律對(duì)小車有

T-f=MaA

對(duì)鉤碼有

mg-T=maB

2.2 運(yùn)動(dòng)分析

釋放鉤碼后小車和鉤碼一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，且各時(shí)刻兩物體速度大小相等，令vA=vB=v；加速度大小相等，令aA=aB=a；經(jīng)過(guò)相等時(shí)間兩物體的位移大小相等，令xA=xB=x．

由1，2兩步分析進(jìn)一步得到加速度大小

細(xì)線中拉力大小

2.3 能量關(guān)系

根據(jù)動(dòng)能定理，對(duì)小車有

對(duì)鉤碼有

由上面兩個(gè)式子進(jìn)一步得到系統(tǒng)的能量關(guān)系

即鉤碼減少的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)兩個(gè)物體增加的總動(dòng)能和系統(tǒng)克服摩擦力做功產(chǎn)生的內(nèi)能．

3 實(shí)驗(yàn)條件控制的探究

在基本規(guī)律探究到位的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)問(wèn)：對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛿?shù)據(jù)測(cè)量要求，實(shí)驗(yàn)條件如何控制？教師可引導(dǎo)學(xué)生從典型實(shí)驗(yàn)出發(fā)，拓展到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)．

3.1 典型實(shí)驗(yàn)探究

在探究物體加速度和物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)，涉及到測(cè)量物體受到的合力的大小，如果要用鉤碼的重力來(lái)近似代替小車受到的合力，應(yīng)該如何做？

由上面的分析進(jìn)行合理推導(dǎo)，要使

首先排除摩擦力的影響——平衡摩擦力．具體做法是將木板遠(yuǎn)離定滑輪的一端墊高形成斜面，調(diào)節(jié)合適角度后滿足

f=Mgsinθ

又因?yàn)?/p>

f=μMgcosθ

故

tanθ=μ

3.2 拓展實(shí)驗(yàn)探究

從這兩個(gè)基本結(jié)論出發(fā)，結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮磉M(jìn)一步對(duì)比探究，加深對(duì)條件控制的理解．

(1)如果用該裝置來(lái)探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律，需不需要滿足這兩個(gè)條件？

分析：該實(shí)驗(yàn)只要保證小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)紙帶來(lái)分析小車運(yùn)動(dòng)的速度和加速度即可，并不需要獲得合力，故不需要滿足上述條件．

(2)如果用該裝置來(lái)探究功與速度變化的關(guān)系，需不需要滿足這兩個(gè)條件?

分析：該實(shí)驗(yàn)的原理是求出某個(gè)過(guò)程中合力對(duì)小車做的功，同時(shí)獲得小車的初、末速度，探究合力的功和速度變化的關(guān)系．由于小車所受的合力仍要用鉤碼的重力代替，故需平衡摩擦力和滿足m?M．

(3)如果要用該套裝置來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，需如何控制實(shí)驗(yàn)條件？

分析：平衡摩擦力后摩擦力消失了嗎？

答：沒(méi)有．與重力的分力相互抵消了．

分析：平衡摩擦力后，摩擦力做不做功？

答：做功．

結(jié)論：平衡摩擦力的操作不能消除摩擦力對(duì)系統(tǒng)做功．所以嚴(yán)格意義上講，在存在摩擦力的情況下，該系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒．但從實(shí)際出發(fā)，如果摩擦力做的功較少，引起系統(tǒng)機(jī)械能損失不大的情況下，可認(rèn)為系統(tǒng)機(jī)械能守恒．所以需要滿足什么條件？

學(xué)生進(jìn)一步探究得出，需滿足mgx?fx ，而f=μMg ，故在實(shí)驗(yàn)器材一定的情況下，要使系統(tǒng)機(jī)械能守恒，需滿足m?M ．這一結(jié)果與上面的結(jié)論相反．

4 實(shí)驗(yàn)裝置變化的探究

(1)用兩個(gè)光電門來(lái)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器——求瞬時(shí)速度的方法不同，其他規(guī)律不變．

(2)用氣墊導(dǎo)軌來(lái)代替長(zhǎng)木板——摩擦力可忽略，上述規(guī)律中涉及摩擦力的操作可不進(jìn)行．

(3)繩子通過(guò)拉力傳感器連接在小車上——可通過(guò)傳感器直接得出拉力的大小，不需要用鉤碼的重力來(lái)代替，故不需要m?M．

在高三第二輪復(fù)習(xí)中采用這種理論探究的教學(xué)模式，可以消除一些傳統(tǒng)“講-練”模式的弊端，讓學(xué)生暫時(shí)從題海中跳出來(lái)，對(duì)這一模型的知識(shí)體系有一個(gè)主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程，掌握這類問(wèn)題的分析切入點(diǎn)和基本原理，提高分析問(wèn)題能力，也能養(yǎng)成一些科學(xué)探究的素養(yǎng)．同時(shí)教學(xué)過(guò)程體現(xiàn)了一定的層次性，對(duì)于探究的深度，基礎(chǔ)一般的學(xué)生重點(diǎn)把握規(guī)律分析和基本結(jié)論即可，基本規(guī)律和結(jié)論掌握較好的學(xué)生則重點(diǎn)進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)的探究．

高三學(xué)生在面對(duì)習(xí)題時(shí)有很強(qiáng)的目的性，即用盡量少的時(shí)間得出答案．在這種情況下，習(xí)題的探究功能和能力培養(yǎng)功能被大大弱化，教師用典型例題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系或掌握某類問(wèn)題的解題方法的期望會(huì)落空．在高三總復(fù)習(xí)階段，一味地采用“講—練”模式復(fù)習(xí)往往是低效的，會(huì)出現(xiàn)有些問(wèn)題反復(fù)講反復(fù)錯(cuò)的現(xiàn)象，原因是知識(shí)的建構(gòu)不是建立在學(xué)生自主的基礎(chǔ)上，教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)的結(jié)論不能內(nèi)化為學(xué)生的知識(shí)；也會(huì)出現(xiàn)學(xué)生原先會(huì)做的題過(guò)段時(shí)間又不會(huì)做的現(xiàn)象，原因是學(xué)生對(duì)習(xí)題背后隱藏的知識(shí)和方法沒(méi)有進(jìn)行深入的探究，學(xué)習(xí)過(guò)程是膚淺的．因此，在高三物理復(fù)習(xí)課的教學(xué)中，我們應(yīng)當(dāng)從“習(xí)題串”的復(fù)習(xí)模式中跳出來(lái)，從大量習(xí)題中發(fā)掘適合探究的素材或流程，創(chuàng)設(shè)一定的情境，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)體系和總結(jié)思想方法，真正提升學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力．

2017-02-21)