高中物理实验题解题研究

周余丰

(江苏省无锡市宜兴市周铁中学,江苏 无锡 214200)

高中物理很多规律都是从实验现象中总结得出的,其中最重要的就是数据处理,为此针对数据图像的分析以及误差分析的考题铺天盖地,但高中生对这类题的解答情况普遍不太理想,下面谈谈本人在教学中发现的一些问题.

1学生不能分辨实验题中图像纵横轴的物理量对应哪个实验数据

例1甲、乙、丙、丁四位同学在做“探究加速度与物体质量和合力的关系”的实验时(使用图2所示的装置),设小车和车上砝码的总质量为M,沙及沙桶的总质量为m,分别得出如图1中甲、乙、丙、丁

图1 四张需要分析实验误差的图

图2 探究加速度与物体质量和合力的关系图

学生刚接触这题时是毫无头绪的,因为学生在高一学习到这个阶段时,大部分学校数学的函数图象知识并未开始教授.之前的运动图像与探究弹力和弹簧伸长的关系的一元一次函数图象学生勉强能接受,但碰到双曲线以及这题中的图像问题时数学跟不上,教师无法通过数学方法来进行解释.再加上连接体问题还没教授,也无法建立相关的物理关系式.图2里的甲、乙两图教师只能对截距进行解释,丙、丁两图更是讲不清.至此,学生心中已经埋下了对图像分析的畏惧心理.

另外教材上“实验思路”环节中写的是“小车所受的拉力可认为与槽码所受重力相等”[1],而在“进行实验”环节测量数据写的是“拉力F”[1].大部分题目跟此题一样,并没有明确横轴的F是哪个测量数据,所以很多学生认为跟书本上一样都是小车所受的拉力,另外一部分学生认为F一直是沙及沙桶的总重力.以至有些题目稍微改动条件,碰到图3的题目,学生就完全蒙掉了.

图3 探究加速度与物体质量和合力的关系图

2 学生难以建立对应的物理关系式

例2某同学在实验室取两个材质及底面粗糙程度相同的木盒,来测量木盒和木板之间的动摩擦因数.他采用“对调法”,可省去秤质量的步骤.如图4所示,一端装有定滑轮的长木板放置在水平桌面上,木盒 1 放置在长木板上,左端与穿过打点计时器的纸带相连,右端用细线通过定滑轮与木盒 2 相接.由纸带测出加速度,记录对调前后两次的a1、a2的数据.下一组改变木盒2中的细沙,重复上述过程.

图4 测量木盒和木板之间的动摩擦因数

(1)已有五组实验数据(略),请画出a1-a2图像,当地重力加速度为9.8 m/s2,可得动摩擦因数.

(2)实验过程中,有时“对调法”两次实验不能全部完成,导致实验数据无效,请你提出一种解决此问题的实验方案.

对于一些书本常规实验题学生能找出相关物理关系式,进行误差分析.但对于创新题,学生不能读懂题目,也就无法继续思考下面的问题.

教师应该引导学生仔细读题,划出实验目的和实验方法等关键词句.让学生仔细阅读类似“他采用“对调法””,学生明确了原理后自然会列两个方程:m2g-μm1g=(m1+m2)a1;m1g-μm2g=(m1+m2)a2.最后a1与a2的关系式就出来了:a1=-a2+g-μg;其中“g-μg”为a1-a2的关系图像纵轴截距,读出此数据从而计算出动摩擦因数.对于第二小问,也是因为学生没有读懂“有时‘对调法’两次实验不能全部完成”.教师应引导学生:对调后,什么情况下两木盒都不会动.当学生明白对调后m1质量太小的话就无法拉动m2,答案也就出来了.

针对这类读题不清导致无法解答的情况,教师要经常引导学生如何读题,抓住创新实验题的实验原理,不断提升学生在陌生新情境中发现问题、总结规律、解决问题的思维能力.

3 学生对“测量值”与“真实值”的概念理解不深刻

在众多实验题中都需要学生进行误差分析,判断测量值与真实值之间的关系,但学生往往写对了物理量的关系式也无法作出判断.下面就大家熟悉的“测量电源电动势和内电阻”这个实验来进行分析.

例3考虑电表内阻的影响,按图5的方式连接所测得的电源电动势和电源电动势的真实值的关系为:E测____E真,测得的电源内阻和电源内阻真实值的关系为:r测____r真(均选填“大于”“等于”或“小于”)．

图5 测量电源电动势和内电阻

本人与其他教师讨论后认为真实值也是用测量的U、I代入得出的结果,某种意义上它也应该算测量值,不过长此以往大家都默认所谓的“测量值”是指计算原理可能存在问题而得出的结果,“真实值”是指计算时把全部因素都考虑进去后代入测量的数据而得出的结果.

综上所述,教师要更多地站在学生的角度思考他们的困惑之处,才能更好地清理学生实验题中各节点的障碍,继而才能逐步提高学生解决实验题的能力.