中學(xué)物理幾種易混淆實(shí)驗(yàn)類(lèi)型探究

張航英

[摘? ?要]物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的研究事物之間規(guī)律的自然科學(xué)，掌握必要的實(shí)驗(yàn)探究技能是學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)要求。在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如果能夠追本溯源，理清實(shí)驗(yàn)脈絡(luò)，突破實(shí)驗(yàn)中的易混淆點(diǎn)，無(wú)論是對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還是對(duì)幫助學(xué)生掌握探究事物之間規(guī)律的方法，都會(huì)起到重要作用。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn);易混淆點(diǎn);原因分析;探究策略

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）30-0048-02

2011年，教育部制定的《九年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》）中指出：“義務(wù)教育階段的物理課程是一門(mén)注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，此階段的物理課程應(yīng)該注重讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法，提高分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力?！薄?018年深圳市初中學(xué)業(yè)水平考試說(shuō)明》中也明確指出：“加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究能力的考察?！?/p>

無(wú)論是從物理學(xué)科的性質(zhì)，還是初中學(xué)業(yè)水平考試要求來(lái)看，物理實(shí)驗(yàn)都是學(xué)好物理必須突破的重要內(nèi)容。然而在《課標(biāo)》所要求的學(xué)生必須掌握的20個(gè)必做實(shí)驗(yàn)中，存在許多易混淆、易犯錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)，常常讓學(xué)生和教師頭疼不已。教師竭盡全力講解分析，學(xué)生多番練習(xí)，就是無(wú)法攻克問(wèn)題，反復(fù)犯錯(cuò)。本文就這些問(wèn)題對(duì)初中必做的20個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中容易混淆的實(shí)驗(yàn)做了整理歸納，并分類(lèi)給出解決的建議。

一、因器材和實(shí)驗(yàn)過(guò)程相似導(dǎo)致易混淆的實(shí)驗(yàn)探究

（一）易混淆實(shí)驗(yàn)

人教版物理課本第八章《運(yùn)動(dòng)和力》第一節(jié)演示實(shí)驗(yàn)“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”和第十一章《功和機(jī)械能》第三節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)“探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所用器材非常類(lèi)似，實(shí)驗(yàn)中都使用了斜面、小車(chē)、小球，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程都是讓小車(chē)或者小球從斜面滾下，然后通過(guò)比較距離得出最后結(jié)論。

（二）混淆原因分析

1.兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中都使用了斜面，然而對(duì)斜面的要求卻不相同。在“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”的實(shí)驗(yàn)中要求：多次試驗(yàn)相同的小車(chē)都從斜面同一高度滾下，并改變水平面粗糙程度。而在“探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中則要求，不同的小球從斜面的不同高度滾下，水平面的粗糙程度保持不變。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析環(huán)節(jié)：兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都是觀察距離，但卻得出完全不同的結(jié)論。

以上兩點(diǎn)看起來(lái)相似卻又諸多不同，讓許多學(xué)生暈頭轉(zhuǎn)向，無(wú)所適從。

（三）易混淆點(diǎn)突破策略

既然混淆原因是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材的類(lèi)似而引起的，那么就應(yīng)該從器材著手突破。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，再根?jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜ニ伎计鞑臑閷?shí)現(xiàn)目的而起到的作用。

在“阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”的實(shí)驗(yàn)中，要研究阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，首先，要保證多次實(shí)驗(yàn)最初，小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相同的。如何保證？通過(guò)使小車(chē)從斜面同一高度由靜止?jié)L下來(lái)實(shí)現(xiàn)初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同。其次，需要改變阻力的大小。用哪個(gè)器材來(lái)實(shí)現(xiàn)這種改變？答案是水平面。在壓力相同的情況下，通過(guò)改變水平面的粗糙程度來(lái)改變小車(chē)受到的阻力，所以要改變水平面的粗糙程度。

而在“探究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)猜想將探究的因素鎖定為物體的質(zhì)量和物體運(yùn)動(dòng)的速度兩個(gè)因素。本實(shí)驗(yàn)中以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，要探究“小球的動(dòng)能與小球質(zhì)量的關(guān)系”，根據(jù)控制變量法的思想，就需要保持小球運(yùn)動(dòng)速度相同，改變小球的質(zhì)量。所以實(shí)驗(yàn)中，我們要求用兩個(gè)質(zhì)量不同的小球，從同一斜面的同一高度處由靜止?jié)L下，使其從水平面開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的初速度相同。在探究“小球的動(dòng)能與小球運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系”時(shí)，根據(jù)控制變量法的思想，則需要保持小球質(zhì)量相同而速度不同。所以實(shí)驗(yàn)中我們使用同一個(gè)小球，并讓小球從斜面的不同高度由靜止開(kāi)始滾下，以改變小球的運(yùn)動(dòng)速度。至于對(duì)水平面粗糙程度的需求，則是為了直觀反映動(dòng)能的大小。動(dòng)能是一種能量，無(wú)法直觀看到。為了把小球所具有的動(dòng)能量化直觀地展現(xiàn)出來(lái)，我們采取的方法是將動(dòng)能用來(lái)“克服摩擦力做功”，通過(guò)做功多少來(lái)反映小球動(dòng)能的大小。摩擦力做功的多少，跟摩擦力的大小有關(guān)，也跟物體沿摩擦力的方向移動(dòng)的距離有關(guān)。當(dāng)摩擦力大小相同時(shí)，可以通過(guò)物體移動(dòng)距離的長(zhǎng)短來(lái)反映克服摩擦力做功的多少，并進(jìn)一步反映小球的動(dòng)能大小。為了使摩擦力的大小相同，我們需要使水平面粗糙程度相同，并使壓力大小相同。而在實(shí)驗(yàn)中，我們需要小球質(zhì)量不同，這樣又使壓力無(wú)法相同，所以我們用小球撞擊同一個(gè)木塊，將小球的動(dòng)能傳遞給木塊后再克服摩擦力做功，這樣就保證了壓力大小相同。這也是本實(shí)驗(yàn)中為什么還要多使用一個(gè)木塊的原因。

通過(guò)以上根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪f進(jìn)式的層層分析，學(xué)生弄清了每一個(gè)器材的作用，就不容易混淆了。

二、因?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)思路類(lèi)似導(dǎo)致易混淆的實(shí)驗(yàn)探究

（一）易混淆實(shí)驗(yàn)

“探究物體吸熱能力”和“探究電流熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中考經(jīng)常會(huì)考的問(wèn)題是“通過(guò)什么來(lái)反映物體吸收熱量的多少？”或者“通過(guò)什么來(lái)反映電流產(chǎn)生熱量的多少？”這是看似一樣，答案卻完全不同的兩個(gè)問(wèn)題。

（二）混淆原因分析

在“探究物體吸熱能力”的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)猜想鎖定的探究因素為“物體的質(zhì)量”“物體升高的溫度”“物體的種類(lèi)”，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中“通過(guò)比較加熱時(shí)間的長(zhǎng)短”來(lái)反映物體吸收熱量的多少。而在“探究電流熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中探究的因素為“電流大小”“通電時(shí)間”“電阻大小”，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中則是“通過(guò)比較被加熱物體升高的溫度”來(lái)反映電流產(chǎn)生熱量的多少。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中都有加熱時(shí)間和升高溫度，但一個(gè)是現(xiàn)象，一個(gè)是探究因素，學(xué)生很容易混淆。

（三）易混淆點(diǎn)突破策略

俗話(huà)說(shuō)，“解鈴還須系鈴人”，要想分清這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，就需要從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路入手展開(kāi)探究。

在“探究物體吸熱能力”的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)讓吸收的熱量與加熱器放出的熱量建立相等的聯(lián)系（忽略散熱），從而“通過(guò)比較放出熱量的多少來(lái)反映吸收熱量的多少”。相同的電熱器，在相同的時(shí)間內(nèi)放出的熱量相同，所以通過(guò)“加熱時(shí)間長(zhǎng)短”便可反映“物體吸收熱量的多少”。

而在“探究電流熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，同樣是“通過(guò)讓吸收的熱量與加熱器放出的熱量建立相等的聯(lián)系（忽略散熱）”，不同的是“通過(guò)比較吸收熱量的多少來(lái)反映放出熱量的多少”。而吸收熱量的多少則與物質(zhì)種類(lèi)、物體質(zhì)量和物體升高的溫度有關(guān)，在使物質(zhì)種類(lèi)、物體質(zhì)量相同的情況下，只需要比較“物體升高的溫度”便可確定“物體吸收熱量的多少”，從而反映“電流放出熱量的多少”。

如果教師僅僅是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了以上正面的分析“為什么要這樣”，那么還是會(huì)有一部分學(xué)生想不明白。如果教師再引導(dǎo)學(xué)生反面推理弄清楚“為什么不能那樣”，學(xué)生更能徹底地分清這兩個(gè)問(wèn)題。為什么不可以在“探究物體吸熱能力”中用“升高的溫度”來(lái)反映“吸收熱量的多少”？因?yàn)槲諢崃康亩嗌倥c物質(zhì)種類(lèi)、物體質(zhì)量和物體升高的溫度三個(gè)因素有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)中雖然物體質(zhì)量相同，但是物質(zhì)種類(lèi)不同，所以不能用比較升高溫度來(lái)確定吸收熱量的多少。而在“探究電流熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)”中，電流大小和電阻大小不同，使得相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量不同，所以無(wú)法用加熱時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)反映電流產(chǎn)生熱量的多少。通過(guò)正反兩個(gè)方向?qū)?shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析，學(xué)生很容易就可以區(qū)分清楚。

三、因?qū)嶒?yàn)方法多變導(dǎo)致易混淆的實(shí)驗(yàn)探究

（一）易混淆實(shí)驗(yàn)

“測(cè)定值電阻的阻值”是深圳中考考查的重要實(shí)驗(yàn)，幾乎屬于必考實(shí)驗(yàn)，且近幾年對(duì)此實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)一步提高，不僅要求學(xué)生掌握“伏安法測(cè)電阻”的常規(guī)測(cè)量方法，還要求學(xué)生能夠使用“安安法”或“伏伏法”等特殊測(cè)量方法。這極大地提高了實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度，使得實(shí)驗(yàn)方法從一種演變?yōu)樵S多種，學(xué)生極易將多種方法混淆不清。

（二）混淆原因分析

用常規(guī)測(cè)量方法“伏安法”測(cè)量未知電阻的阻值（以下用RX代替），過(guò)程非常簡(jiǎn)單。將電壓表與RX并聯(lián)，測(cè)量RX兩端的電壓;將電流表與RX串聯(lián)，測(cè)量通過(guò)RX的電流;再根據(jù)歐姆定律的變形式R=U/I計(jì)算得出RX的阻值。而當(dāng)缺少電流表或者電壓表中的一個(gè)時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程便會(huì)復(fù)雜很多，通常情況下缺少其中一個(gè)電表時(shí)，實(shí)驗(yàn)中會(huì)增加一個(gè)已知阻值的定值電阻（以下用R0代替）來(lái)替代所缺少的那個(gè)電表的作用。這樣實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)定值電阻和一個(gè)電表，兩個(gè)電阻便涉及該串聯(lián)還是并聯(lián)的問(wèn)題，還有這個(gè)電表應(yīng)該放在哪個(gè)位置、測(cè)量哪個(gè)數(shù)據(jù)？這兩個(gè)問(wèn)題組合起來(lái)有無(wú)數(shù)種答案，這便是學(xué)生易混淆的原因。

（三）易混淆點(diǎn)突破策略

要突破此點(diǎn)，首先我們要從眾多方法中抽離出來(lái)，回到問(wèn)題的源頭“測(cè)電阻的阻值”，而根據(jù)歐姆定律的變形式R=U/I，需要測(cè)量被測(cè)電阻的電壓和電流兩個(gè)數(shù)據(jù)。當(dāng)缺少一個(gè)電表時(shí)又增加了一個(gè)R0，那么這個(gè)R0的作用便是替代缺少電表。如果缺少電流表，則替代電流表，那我們就應(yīng)該把這個(gè)R0當(dāng)電流表使用，與被測(cè)電阻串聯(lián)。接下來(lái)我們的思考方向則應(yīng)該是“如何通過(guò)R0得到電流？”根據(jù)歐姆定律I=U/R可知，只需用電壓表測(cè)量R0的電壓便可計(jì)算得到R0的電流，再根據(jù)串聯(lián)電路電流規(guī)律，便可得到RX的電流，問(wèn)題便回到最初的常規(guī)軌跡上來(lái)了。如果缺少電壓表，則替代電壓表，那我們就應(yīng)該把這個(gè)R0當(dāng)電壓表使用，與被測(cè)電阻并聯(lián)。接下來(lái)我們的思考方向則應(yīng)該是“如何通過(guò)R0得到電壓？”根據(jù)歐姆定律U=IR可知，只需用電流表測(cè)量R0的電流，便可計(jì)算得到R0的電壓。再根據(jù)并聯(lián)電路電壓規(guī)律，便可得到RX的電壓，這樣問(wèn)題又回到最初的軌跡上且迎刃而解了。

物理物理，萬(wàn)物之理！當(dāng)我們追本溯源，回到問(wèn)題的源頭，一切物理問(wèn)題便會(huì)脈絡(luò)清晰，簡(jiǎn)單明白。實(shí)驗(yàn)探究如此，其他物理知識(shí)的學(xué)習(xí)亦是如此！

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

[1]? 廖伯琴.九年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]? 周寅.初中物理易混淆實(shí)驗(yàn)的歸納與反思[J].中學(xué)物理：初中版，2015（10）：58-59.

[3]? 趙靜.運(yùn)用實(shí)驗(yàn)突破中學(xué)物理教學(xué)難點(diǎn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2015.

（責(zé)任編輯 黃? ?曉）