事实求是，还物理实验本质

蔡淑宽

探究性实验类题目是初中物理考试题目的主要类型之一.近年来，各省市中考试题大都采用此类题型.笔者研究发现，这类题目给出的实验结果堪称完美，数据完全符合逻辑且无瑕疵.真实的实验，能得到如此完美的数据吗？这样捏造出的数据抹杀了物理学科自身的实验特性及其本质.笔者偶然发现一组疑问数据，述之与同行共论，希望能引发物理教育者的深思.

一、试题来源及论证

题目（选自2014年内蒙古包头市中考试题第12题，是否为首次出现无从考究）：为了探究物体动能大小与哪些因素有关，同学们设计了如图甲、乙的实验装置进行实验.

甲

乙

（1）图甲是让不同质量的小球沿同一光滑斜面从B处由静止自由释放，然后分别撞击到放在水平面上的同一木块，木块在水平面运动一段距离后静止时的情景.据此，你能得出的结论是.

（2）图乙是让质量相同的小球沿同一光滑斜面分别从A、B由静止自由释放，然后与放在水平面上的同一木块相碰到静止后的情景.据此，你能得出的结论是.

（3）实验后，同学们联想到在交通事故中，造成安全隐患的因素有汽车的“超载”与“超速”，进一步想知道，在影响物体动能大小的因素中，哪个对动能影响更大，于是利用上述器材进行了实验测定，得到的数据如下表.

实验序号小球质量m/g小球自由滚下的高度h/cm木块被撞后运动的距离s/m

130104

2302016

360108

①在探究“超载”隐患时，应选择序号的实验进行比较.

②分析表格中对应的数据可知，对物体的动能影响更大，即当发生交通事故时，由此造成的危害更严重.

笔者在检索该题目时发现，此题除了在2014年内蒙古包头市中考试题中出现外，在2015年山东省枣庄市中考物理试题第21题、2015年四川省眉山市中考物理试题第26题重复出现.其中枣庄市和包头市题目内容完全一样，眉山市数据略有变化，但数据之间比例不变.同时发现，该题在2014～2016年间被不下二十个市、区的统考试题所引用.可见，这道动能题目影响之广.

笔者初看这道题发现，其对于动能的探究非常全面，也符合初中生的物理知识和数学能力水平.但是经过深究其数据，笔者认为这是一道错题，其表格中的数据存在致命问题.

根据机械能守恒，当小球到达水平面时应有：

Ek=12mv2=mgh.（1）

在水平面上小球和木块做减速运动，三种情况系统所受的摩檫力f相同.根据功能原理可知：

12mv2=mgh=fs.（2）

根据式（1）和式（2）可得：

s=mghf.（3）

若假设第1组实验数据准确的话，则可求出第2组实验木块被撞后运动的距离数据应由16改为8，其余组数据不变.笔者通过实验验证发现，第2组和第3组木块被撞后运动的距离均约为第1组的2倍.因此，从实验验证和理论推导结果，笔者认为这是一道错题.

二、对试题的讲解与讨论

笔者调查发现，题目中：“②分析表格中对应

的数据可知，对物体的动能影响更大……”大部分教师经常如此解释：“由第1、2组的实验数据可知，当质量相同时，高度即速度为第1组的2倍时，木块运动的距离即动能变为原来的4倍；比较第1、3组的实验数据可知，高度（速度）相同时，质量变为原来的2倍时，木块运动的距离即动能增加了2倍.所以速度对动能的影响更大.”笔者通过这种方法解释时，发现90%的学生欣然接受.或许有人觉得既然学生能够理解，就无需去深究这些数据，但事实却是笔者在任教过程中碰到了几位质疑数据的学生，才发现了问题.因此，通过实验验证和理论推算发现，第2组和第3组动能均为第1组的2倍.上述解释显然不可行.

速度对动能的影响无疑比质量大，正确的数据不能违背这个事实.其实，从正确的数据来分析，同样能够得出这样的结论.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，题中1、2组的实验数据可知“当质量相同时，高度变为原来的2倍，即速度变为原来的2时，木块运动的距离为原来的2倍，即动能增加为原来的2倍”.显然实验1、2和实验1、3相比，动能同时增大为原来的2倍前提下，实验1、2是质量相同时速度需增大为原来的2，而实验1、3是速度相同时质量则需增大为原来的2倍，所以速度对物体动能的影响较大.

三、试题引发的思考

这道中考试题，犹如一面镜子，通过它我们可以看到，一道优质的实验探究型試题来之不易.这是因为初中生的物理知识有限，数学能力也有限，能够符合他们的物理知识和计算能力且有深度的探究性试题不容易设计.因此，一道优质试题的出现，容易迅速扩散到全国各个省市.一道有错误的中考试题，也可能为物理教学带来深远影响.实验探究型的题目，必然需要实验数据的支撑，需要通过真正的实验进行验证.而通过设计编制出来的数据，虽然容易让初中生接受和解答，但却磨灭了物理的实验本质.物理的本质是事实求是的实验，记录真实的数据，从数据中总结结论，发现规律.否则，一旦数据出现问题，不仅失去了实验探究的意义，还可能暗示学生为了达到想要的实验结果，数据是可以编制的.这正是笔者所担心的.

参考文献

王伟民.对2013年安徽中考物理卷一道题目的质疑[J].物理教师，2014，35（3）.