“3+3”高考背景下高三物理实验专题复习策略的研究——以力学DIS实验部分为例

郭乐峰 黄 敏

(上海市卢湾高级中学 上海 200023)

(收稿日期：2018-03-29)

1 引言

2014年上海市进行了高考改革，将“3+1”的高考模式转变为“3+3”，学生有了更多的选择权；选考科目组合的多元，在鼓励学生全面发展的同时，也在引导着他们结合自身情况和个性特长，做好生涯规划；高考改革的深入，为中学推进素质教育和高校科学选拔人才搭建了更好的桥梁．高校诸多专业对物理学科要求占比是最高的．这是因为高中物理不仅肩负着普及科学知识的重任，而且还承担着提高学生科学素养的重任．

新课改后，高中物理知识的容量并没有显著减少，然而课时却进行了压缩，高三一周只有4节物理课，而物理等级考在5月初就要考试，相比以往提前1个月的时间．笔者根据新课改后高三的一年教学亲历，发现根据现在物理课时第一学期第一轮复习就没有复习完，其他学校也是这种情况．因此在高三第一次模拟测试中，第六章气体，第十一章光的本性，第十二章原子与宇宙都没有进行考查．第二学期第一个月第一轮复习才结束，距离等级考试已不足两个月的时间，如何在如此紧张的课时中对实验专题进行有效的复习，是每一个物理教师都需要思考的问题，笔者与物理组教师以及区教研员沟通交流过后，有以下几点的思考和想法，就以力学DIS实验部分为例，对高中物理实验专题的复习提出自己的见解和看法．

2 知识概述

高中物理实验主要包含力学实验、热学实验和电学实验，实验题即可以是一种独立的题型，又可能以选择题、填空题或综合题的形式出现．主要考查两方面的内容：

(1)考查学生正确使用仪器的能力及对实验方法和原理的理解；

(2)考查学生观察分析实验现象，归纳处理实验数据和解决问题，排除故障等科学探究能力．

力学实验题侧重考查学生一些常规的实验，包含：

(1)基本实验仪器的使用、实验原理和测量方法的理解、实验条件的控制；

(2)实验过程及注意事项；

(3)实验结果的处理以及误差分析．

实验题无论如何考查，其原理和方法都离不开教材的实验，考试时应根据考题，思考学习过的类似实验，以实验目的为抓手，围绕实验原理，操作过程，实验结果及误差分析等环节，来寻找突破口．

3 备考实验

力学DIS实验中，主要根据实验目的和实验原理来选用位移传感器、光电门传感器以及力传感器，来完成不同的实验项目，如图1所示．因此对于每位学生来说，关键就在于对传感器的原理及使用的理解和掌握，因此复习时，首先对各个传感器工作原理和使用的注意事项进行归类讲解，然后再以传感器的主线来复习各个实验内容，提高复习的效率．

图1 力学DIS实验复习导图

4 复习策略

4.1 对传感器的原理及使用的复习

首先在课堂上给学生展示3种不同的传感器，让学生辨别出传感器的名称，并根据传感器的构造来描述各个传感器的工作原理，并且在使用过程的注意事项，如图2所示．然后引导学生说出，利用该传感器可以完成高中物理中哪些实验，并对其进行归类整理如表1所示．

图2 传感器的工作原理及注意事项

传感器名称相关的实验位移传感器1.用DIS测定位移和速度2.用DIS测定加速度3.用DIS研究加速度与力的关系,加速度与质量的关系光电门传感器1.测变速直线运动的瞬时速度2.用DIS研究机械能守恒定律3.用单摆测定重力加速度(DIS法)力传感器1.用DIS验证牛顿第三定律(演示)

【例1】传感器的工作原理

(1)位移传感器测距原理

位移传感器由________和________组成，位移传感器发射器按照一定的时间间隔发射________，同时还发射相应的红外线信号．位移传感器的接收器接收到________时开始计时，接收到________时停止计时．由于红外线的传播速度为光速，近距离内传播时间可忽略不计，故可认为位移传感器收到红外线的时间等同于________________,位移传感器把接收器记录的时间乘以________就得到发射器和接收器之间的距离．

参考答案：发射器，接收器，超声波，红外线信号，超声波信号，发射器发射红外线的时刻，声速.

(2)光电门传感器的工作原理

光电门的门式结构，如图3所示，A管发射红外线，B管接收红外线．A，B之间无遮挡物时，电路断开；有物体挡光时，电路接通．计算机根据挡光物的________和挡光________，自动算出物体的运行速度．当挡光片的宽度逐渐减小时，测得的速度值越来越趋近于小车经过光电门所在位置的________．

图3 光电门

参考答案：宽度，时间，瞬时速度.

4.2 传感器对应物理实验的复习

让同学思考：利用这些传感器可以用来做哪些实验呢？

【例2】传感器的使用

(1)“用DIS研究变速直线运动位移和时间的关系”时，将位移传感器的________部分固定在小车上，________部分固定在轨道右端，并将它与________相连．

参考答案：发射器，接收器，数据采集器.

(2)在“用DIS探究牛顿第二定律”的实验中,图4是本实验的装置图，实验采用的是位移传感器，其发射部分是图中的________，与数据采集器连接的是________部分．(填①或②)

参考答案：①，②.

图4 探究牛顿第二定律实验装置

(3)如图5所示是“用光电门传感器测定小车瞬时速度”的情境，某同学采用不同的挡光片做了3次实验，研究小车经过光电门的瞬时速度，并对测量精确度加以比较．

图5 用光电门传感器测定小车瞬时速度

1)每次释放小车的位置应当____________;

2)测量的是小车前端P抵达________点(选填a，b或c)时的瞬时速度．(a，c间距恰好等于小车的长度)

3)若每次小车从相同位置释放，记录数据如表2所示，那么测得瞬时速度较精确的值为________m/s．

表2 实验数据

参考答案：相同，c，1.90.

(4)在用“单摆测重力加速度”的实验中：

某同学尝试用DIS测量周期．在单摆下方放置一个光电门传感器，其轴线恰好位于单摆悬挂点正下方．图中光电门传感器的引出端A应接到__________．使单摆做小角度摆动，当速度最大时，摆球位于__________．

图6 光电门传感器引出端

参考答案：数据采集器，最低点或平衡位置.

4.3 对实验过程及注意事项的复习

【例3】如图7所示为“用DIS研究机械能守恒定律”的实验装置．下列步骤中正确的是( )

A.让摆锤自然下垂，以摆线为基准，调整标尺盘的放置位置，使标尺盘上的竖直线与摆线平行

B.将摆锤置于释放器内并对释放杆进行伸缩调整，使摆锤的系线松弛一点以方便释放摆锤

C.调整光电门的位置，使光电门的接收孔与测量点位于同一水平面内

D.将释放器先后置于A，B，C点，将光电门置于标尺盘的D点，分别测量释放器内的摆锤由A，B，C3点静止释放摆到D点的势能和动能

图7 研究机械能守恒定律实验装置

参考答案：A,C.

【例4】在用“单摆测重力加速度”的实验中：下面所给器材中，选用哪些器材较好，请把所选用器材前的字母依次填写在题后的横线上．

A．长1 m左右的细线

B．长30 cm左右的细线

C．直径2 cm的铅球

D．直径2 cm的铝球

E．停表

F．时钟

G．分度值是厘米的直尺

H．分度值是毫米的直尺

1)所选用的器材是____________________．

2)实验时对摆线偏离竖直线的偏角要求是____________并且要让单摆在____________平面内摆动．

参考答案： 1)A,C,E,H；

2)小于5°，同一竖直.

4.4 对实验结果的处理及误差分析

【例5】用DIS研究物体运动的s-t图，如图8所示，可知小车的运动方向是________(填“靠近”可“远离”)传感器的固定部分，1.0 s时小车离初始计时点距离为________m．

图8 s-t图

参考答案：靠近，0.2.

【例6】在“用DIS实验研究加速度与质量的关系”实验中，测得了如表3所示的5组数据.

表3 测得的实验数据

(1)根据上述数据在坐标平面上画出对应的数据点，然后做出a-m的关系图像；

(2)为进一步确定加速度与质量的关系，应画a-________图像,并在图9(b)中做出该图像；

图9 画图

(3)本实验得出的结论是________________________________

参考答案：1)：略；2)：1/m；3)：物体所受的外力一定时，加速度大小与质量成反比．

【例7】在用单摆测重力加速度的实验中：

(1)某同学测出不同摆长时对应的周期T，作出L-T2图线，如图10所示，再利用图线上任意两点A,B的坐标(x1,y1)、(x2,y2)，可求得g=________．

图10 L-T2图线

(2)若该同学测量摆长时漏加了小球半径，而其他测量、计算均无误，则以上述方法算得的g值与没有漏加小球半径算得的g′值相比是g________g′(选填“大于”、“小于”或“等于”)．

【例8】“用DIS研究机械能守恒定律”：某组同学在一次实验中，选择DIS以图像方式显示实验的结果，如图11所示．图像的横轴表示小球距D点的高度h，纵轴表示摆球的重力势能Ep，动能Ek或机械能E．

图11 实验结果

试回答图像中，表示小球的重力势能Ep,动能Ek，机械能E随小球距D点的高度h变化关系的图线分别是____________(按顺序填写相应图线所对应的文字)．

参考答案：乙，丙，甲.

5 结语

试题的作用，是对学生的能力和知识水平提供客观、准确、稳定的度量[1]．实验题的作用亦然，教师在高三有限的复习时间内应重视实验题进行分析和归类，通过对学生系统的训练无疑是可以提高复习的效率，进而提高学生的成绩．但万变不离其宗，实验题只是对学生基础知识、基本能力的考查，不能忽视学生对教材中的基本原理、定律的基础知识的教育．笛卡尔曾说过，最有价值的知识是关于方法的知识[2]．

本文分析实验题、并对实验题进行分类的目的，就是通过运用物理学科的思想方法来研究它，使学生掌握物理学科的基础知识和基本思维方法，不断增强分析问题和解决问题的能力．