中学物理几种易混淆实验类型探究

张航英

[摘   要]物理学是一门以实验为基础的研究事物之间规律的自然科学，掌握必要的实验探究技能是学习物理的基础要求。在中学物理实验教学中如果能够追本溯源，理清实验脉络，突破实验中的易混淆点，无论是对提高学生学习物理的兴趣，还是对帮助学生掌握探究事物之间规律的方法，都会起到重要作用。

[关键词]实验;易混淆点;原因分析;探究策略

[中图分类号]    G633.7         [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）30-0048-02

2011年，教育部制定的《九年义务教育物理课程标准》（以下简称《课标》）中指出：“义务教育阶段的物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程，此阶段的物理课程应该注重让学生经历实验的探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题及解决问题的能力。”《2018年深圳市初中学业水平考试说明》中也明确指出：“加强对实验科学探究能力的考察。”

无论是从物理学科的性质，还是初中学业水平考试要求来看，物理实验都是学好物理必须突破的重要内容。然而在《课标》所要求的学生必须掌握的20个必做实验中，存在许多易混淆、易犯错的实验，常常让学生和教师头疼不已。教师竭尽全力讲解分析，学生多番练习，就是无法攻克问题，反复犯错。本文就这些问题对初中必做的20个物理实验中容易混淆的实验做了整理归纳，并分类给出解决的建议。

一、因器材和实验过程相似导致易混淆的实验探究

（一）易混淆实验

人教版物理课本第八章《运动和力》第一节演示实验“阻力对物体运动的影响”和第十一章《功和机械能》第三节学生实验“探究物体的动能跟哪些因素有关”，两个实验所用器材非常类似，实验中都使用了斜面、小车、小球，且实验过程都是让小车或者小球从斜面滚下，然后通过比较距离得出最后结论。

（二）混淆原因分析

1.兩个实验中都使用了斜面，然而对斜面的要求却不相同。在“阻力对物体运动的影响”的实验中要求：多次试验相同的小车都从斜面同一高度滚下，并改变水平面粗糙程度。而在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中则要求，不同的小球从斜面的不同高度滚下，水平面的粗糙程度保持不变。

2.实验现象分析环节：两个实验都是观察距离，但却得出完全不同的结论。

以上两点看起来相似却又诸多不同，让许多学生晕头转向，无所适从。

（三）易混淆点突破策略

既然混淆原因是因为实验器材的类似而引起的，那么就应该从器材着手突破。教师应引导学生先明确实验目的，再根据实验目的去思考器材为实现目的而起到的作用。

在“阻力对物体运动的影响”的实验中，要研究阻力对运动的影响，首先，要保证多次实验最初，小车的运动状态是相同的。如何保证？通过使小车从斜面同一高度由静止滚下来实现初始运动状态相同。其次，需要改变阻力的大小。用哪个器材来实现这种改变？答案是水平面。在压力相同的情况下，通过改变水平面的粗糙程度来改变小车受到的阻力，所以要改变水平面的粗糙程度。

而在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中，通过猜想将探究的因素锁定为物体的质量和物体运动的速度两个因素。本实验中以小球为研究对象，要探究“小球的动能与小球质量的关系”，根据控制变量法的思想，就需要保持小球运动速度相同，改变小球的质量。所以实验中，我们要求用两个质量不同的小球，从同一斜面的同一高度处由静止滚下，使其从水平面开始运动时的初速度相同。在探究“小球的动能与小球运动速度的关系”时，根据控制变量法的思想，则需要保持小球质量相同而速度不同。所以实验中我们使用同一个小球，并让小球从斜面的不同高度由静止开始滚下，以改变小球的运动速度。至于对水平面粗糙程度的需求，则是为了直观反映动能的大小。动能是一种能量，无法直观看到。为了把小球所具有的动能量化直观地展现出来，我们采取的方法是将动能用来“克服摩擦力做功”，通过做功多少来反映小球动能的大小。摩擦力做功的多少，跟摩擦力的大小有关，也跟物体沿摩擦力的方向移动的距离有关。当摩擦力大小相同时，可以通过物体移动距离的长短来反映克服摩擦力做功的多少，并进一步反映小球的动能大小。为了使摩擦力的大小相同，我们需要使水平面粗糙程度相同，并使压力大小相同。而在实验中，我们需要小球质量不同，这样又使压力无法相同，所以我们用小球撞击同一个木块，将小球的动能传递给木块后再克服摩擦力做功，这样就保证了压力大小相同。这也是本实验中为什么还要多使用一个木块的原因。

通过以上根据实验目的递进式的层层分析，学生弄清了每一个器材的作用，就不容易混淆了。

二、因实验设计思路类似导致易混淆的实验探究

（一）易混淆实验

“探究物体吸热能力”和“探究电流热效应与哪些因素有关”这两个实验中考经常会考的问题是“通过什么来反映物体吸收热量的多少？”或者“通过什么来反映电流产生热量的多少？”这是看似一样，答案却完全不同的两个问题。

（二）混淆原因分析

在“探究物体吸热能力”的实验中，通过猜想锁定的探究因素为“物体的质量”“物体升高的温度”“物体的种类”，实验过程中“通过比较加热时间的长短”来反映物体吸收热量的多少。而在“探究电流热效应与哪些因素有关”的实验中探究的因素为“电流大小”“通电时间”“电阻大小”，实验过程中则是“通过比较被加热物体升高的温度”来反映电流产生热量的多少。这两个实验中都有加热时间和升高温度，但一个是现象，一个是探究因素，学生很容易混淆。

（三）易混淆点突破策略

俗话说，“解铃还须系铃人”，要想分清这两个实验，就需要从实验设计思路入手展开探究。

在“探究物体吸热能力”的实验中，通过让吸收的热量与加热器放出的热量建立相等的联系（忽略散热），从而“通过比较放出热量的多少来反映吸收热量的多少”。相同的电热器，在相同的时间内放出的热量相同，所以通过“加热时间长短”便可反映“物体吸收热量的多少”。

而在“探究电流热效应与哪些因素有关”的实验中，同样是“通过让吸收的热量与加热器放出的热量建立相等的联系（忽略散热）”，不同的是“通过比较吸收热量的多少来反映放出热量的多少”。而吸收热量的多少则与物质种类、物体质量和物体升高的温度有关，在使物质种类、物体质量相同的情况下，只需要比较“物体升高的温度”便可确定“物体吸收热量的多少”，从而反映“电流放出热量的多少”。

如果教师仅仅是引导学生进行了以上正面的分析“为什么要这样”，那么还是会有一部分学生想不明白。如果教师再引导学生反面推理弄清楚“为什么不能那样”，学生更能彻底地分清这两个问题。为什么不可以在“探究物体吸热能力”中用“升高的温度”来反映“吸收热量的多少”？因为吸收热量的多少与物质种类、物体质量和物体升高的温度三个因素有关，本实验中虽然物体质量相同，但是物质种类不同，所以不能用比较升高温度来确定吸收热量的多少。而在“探究电流热效应与哪些因素有关”中，电流大小和电阻大小不同，使得相同时间内产生的热量不同，所以无法用加热时间长短来反映电流产生热量的多少。通过正反两个方向对实验原理进行分析，学生很容易就可以区分清楚。

三、因实验方法多变导致易混淆的实验探究

（一）易混淆实验

“测定值电阻的阻值”是深圳中考考查的重要实验，几乎属于必考实验，且近几年对此实验的要求进一步提高，不仅要求学生掌握“伏安法测电阻”的常规测量方法，还要求学生能够使用“安安法”或“伏伏法”等特殊测量方法。这极大地提高了实验的复杂程度，使得实验方法从一种演变为许多种，学生极易将多种方法混淆不清。

（二）混淆原因分析

用常规测量方法“伏安法”测量未知电阻的阻值（以下用RX代替），过程非常简单。将电压表与RX并联，测量RX两端的电压;将电流表与RX串联，测量通过RX的电流;再根据欧姆定律的变形式R=U/I计算得出RX的阻值。而当缺少电流表或者电压表中的一个时，实验过程便会复杂很多，通常情况下缺少其中一个电表时，实验中会增加一个已知阻值的定值电阻（以下用R0代替）来替代所缺少的那个电表的作用。这样实验中有两个定值电阻和一个电表，两个电阻便涉及该串联还是并联的问题，还有这个电表应该放在哪个位置、测量哪个数据？这两个问题组合起来有无数种答案，这便是学生易混淆的原因。

（三）易混淆点突破策略

要突破此点，首先我们要从众多方法中抽离出来，回到问题的源头“测电阻的阻值”，而根据欧姆定律的变形式R=U/I，需要测量被测电阻的电压和电流两个数据。当缺少一个电表时又增加了一个R0，那么这个R0的作用便是替代缺少电表。如果缺少电流表，则替代电流表，那我们就应该把这个R0当电流表使用，与被测电阻串联。接下来我们的思考方向则应该是“如何通过R0得到电流？”根据欧姆定律I=U/R可知，只需用电压表测量R0的电压便可计算得到R0的电流，再根据串联电路电流规律，便可得到RX的電流，问题便回到最初的常规轨迹上来了。如果缺少电压表，则替代电压表，那我们就应该把这个R0当电压表使用，与被测电阻并联。接下来我们的思考方向则应该是“如何通过R0得到电压？”根据欧姆定律U=IR可知，只需用电流表测量R0的电流，便可计算得到R0的电压。再根据并联电路电压规律，便可得到RX的电压，这样问题又回到最初的轨迹上且迎刃而解了。

物理物理，万物之理！当我们追本溯源，回到问题的源头，一切物理问题便会脉络清晰，简单明白。实验探究如此，其他物理知识的学习亦是如此！

[  参   考   文   献  ]

[1]  廖伯琴.九年义务教育物理课程标准（2011年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]  周寅.初中物理易混淆实验的归纳与反思[J].中学物理：初中版，2015（10）：58-59.

[3]  赵静.运用实验突破中学物理教学难点的教学设计与实践[D].济南：山东师范大学，2015.

（责任编辑 黄   晓）