着力提高学生物理实验的作图和读图能力——从2016年海南高考物理力学实验题说起

□中央民族大学附属中学海南陵水分校 陶艳红

着力提高学生物理实验的作图和读图能力
——从2016年海南高考物理力学实验题说起

□中央民族大学附属中学海南陵水分校 陶艳红

图（b）

根据实验数据分析，该同学认为物块的运动为匀加速运动。回答下列问题：（1）在打点计时器打出B点时，物块的速度大小为在打出D点时，物块的速度大小为保留两位有效数字）（2）物块的加速度大小为。（保留两位有效数字）分析一：根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于整段的平均速度，可得，

分析二：逐差法。题目中打点计时器给出了四段，如果单单拿出第二问，会想到用逐差法解决：

新课程要求物理教师在STSE（STSE是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）、环境（Environment）的英文缩写）教育理念的指导下开展新教学，注重学生的情感体验，培养学生的实践、探究、合作和创新等能力，落实新课程理念的最好办法就是将其核心主张融入高考中，体现在物理实验教学中的一点便是：数据处理从逐差法倾向为图像法。

翻阅海南近几年的物理高考试题，其对学生的做图能力、读图能力要求较高，比如2009年“测定电源内电阻和电动势”：描点作图；2011年“验证机械能守恒实验”描点作图；2012年“探究弹簧弹性势能与形变量关系”：描点作图；2014年“测定电源内电阻”：读图填空；2015年“电容器电压随时间变化”：描点作图。

2016年的高考试题第11题如下：某同学利用图（a）所示的实验装置探究物块速度随时间的变化。物块放在桌面上，细绳的一端与物块相连，另一端跨过滑轮挂上钩码。打点计时器固定在桌面左端，所用交流电源频率为50Hz。纸带穿过打点计时器连接在物块上。启动打点计时器，释放物块，物块在钩码的作用下拖着纸带运动。打点计时器打出的纸带如图（b）所示（图中相邻两点间有4个点未画出）。

保留两位有效数字后结果为a=2.0m/s2

分析三：图像法处理，并添加趋势线：

因为需要求的是加速度，即x（t）的二次导数，因此不需要时间的初始值，只需要时间的步长满足0.1s。A到E为匀变速直线运动的一部分，设t=0时刻，位于A点，x=0；则t= 0.1s时位于B点，x=4.6110-2m；t=0.2s时位于C点，x= 1.1210-2m；t=0.3s时位于D点，x=19.8110-2m；t=0.4s时位于E点，x=30.4210-2m。

图1 x-t

可以看出，由于给出四段距离，分析一和分析二都充分地利用了数据，两种方法没有区别，只不过分析一先取了有效数字，导致结果稍有不同，再取有效数字，便又完全一样。用逐差法误差更小，但分析一明显比分析二更简单、明了，这是逐差法之所以不再作为一种普遍要求的原因。然而涉及纸带上有六段及以上的时候呢？分析一就显得粗糙，分析二太难，所以分析三中的作图法就更实用。

从中学教材也可以看到计算机技术带来的变化，必修教材在“打点计时器测速度”和“研究平抛运动轨迹”中提到了“传感器和计算机”，在“功与速度变化关系”实验后提到“利用数表软件进行数据处理”。

利用计算机作图是一种信息技术能力，利用纸笔描点作图就要求较强的实践能力和动手能力，让学生分析自己做出的图像，就能体会图像法在得出规律、误差分析过程中的优越性，实验数据和图像结果的参差不齐可以让学生进一步理解“误差分析”的必要性和重要性。但在教学中发现，部分学生对作图并不“感冒”，看到描点作图的题目经常草草了事，画不准确，画不美观，有时候虽然图不“准确”并不影响解答后续题目，但不利于学生养成一丝不苟的科学探究精神。