優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能

王金兵

摘? 要：掌握常規(guī)考法，關(guān)注實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，提升實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。對(duì)比研究了牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)、力的合成實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)、探究動(dòng)能大小的影響因素等四個(gè)實(shí)驗(yàn)的常規(guī)操作方法和創(chuàng)新操作方法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新;對(duì)比;提高;實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7??? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?????? 【文章編號(hào)】1005-8877（2019）19-0101-01

近年來(lái)，在高考或測(cè)試中，高中物理的實(shí)驗(yàn)題越來(lái)越活，在常規(guī)考題的同時(shí)，不斷創(chuàng)新考法。這要求考生克服思維定勢(shì)，關(guān)注創(chuàng)新方法，做好陳題新解，同時(shí)提高學(xué)生的操作能力，提升學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。本文通過(guò)對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的常規(guī)做法與創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行對(duì)比探討。

1.探討牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)

（1）平衡摩擦力

常規(guī)問(wèn)題：在探討牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，有關(guān)平衡摩擦力的問(wèn)題，要求在不掛小鉤碼的情況下將木板的無(wú)滑輪的一端略為抬高，達(dá)到小車(chē)勻速即可。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)：如果用了氣墊導(dǎo)軌，因滑塊（或小車(chē)）與氣墊導(dǎo)軌之間隔著“氣墊”，此時(shí)無(wú)需再將導(dǎo)軌一端略為抬高，反而要求將導(dǎo)軌水平放置。

（2）m遠(yuǎn)小于M

常規(guī)問(wèn)題：在探討牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)樽屗鶔煨°^碼（或沙桶）的重力來(lái)提供拉力，并將它們的重力近似等于小車(chē)的拉力。必須讓小鉤碼（或沙桶）的重力遠(yuǎn)小于小車(chē)重力。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)1：如果在拉滑塊（或小車(chē)）的繩子上串一個(gè)力傳感器可以直接測(cè)出力F，則無(wú)需再要求m遠(yuǎn)小于M了。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)2：實(shí)驗(yàn)裝置：小車(chē)上固定一個(gè)盒子，盒子內(nèi)盛有沙子.沙桶的總質(zhì)量（包括桶以及桶內(nèi)沙子質(zhì)量）記為m，小車(chē)的總質(zhì)量（包括車(chē)、盒子及盒內(nèi)沙子質(zhì)量）記為M。驗(yàn)證在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比：從盒子中取出一些沙子，裝入沙桶中，稱(chēng)量并記錄沙桶的總重力mg，將該力視為合外力F，對(duì)應(yīng)的加速度a則從打下的紙帶中計(jì)算得出。多次改變合外力F的大小，每次都會(huì)得到一個(gè)相應(yīng)的加速度.本次實(shí)驗(yàn)中，將車(chē)內(nèi)的沙子轉(zhuǎn)移到桶中，就保證了M+m不變，研究對(duì)象是整個(gè)系統(tǒng)，即系統(tǒng)的總質(zhì)量不變，a= = ，多次實(shí)驗(yàn)并作出a-F圖象，可見(jiàn)a-F圖象斜率的物理意義是 ，系統(tǒng)的合外力就等于所懸掛沙桶的總重力mg，這就不必滿(mǎn)足M?m這樣的條件。

2.力的合成實(shí)驗(yàn)

常規(guī)問(wèn)題：在做“探究共點(diǎn)力合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以先將橡皮條的一端固定在木板上，再用兩個(gè)彈簧秤把橡皮條的另一端拉到某一位置O，之后只用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條使其伸長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)操作中，同一次實(shí)驗(yàn)中O點(diǎn)的位置不允許變動(dòng)，確保兩次等效。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)：（力的合成創(chuàng)新操作）所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究求合力的方法.彈簧測(cè)力計(jì)A掛于固定點(diǎn)P，下端用細(xì)線掛一重物M.彈簧測(cè)力計(jì)B的一端用細(xì)線系于O點(diǎn)，手持另一端向左拉，使結(jié)點(diǎn)O靜止在某位置.分別讀出彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)，并在貼于豎直木板的白紙上記錄O點(diǎn)的位置和拉線的方向.改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，不必要每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置。因?yàn)槊看螌?shí)驗(yàn)時(shí)，畫(huà)出以A、B兩彈簧的對(duì)應(yīng)力為鄰邊的平行四邊形，比較該平行四邊形的對(duì)角線與M重力是否接近等值反向，如果接近，就得出可用平行四邊形定則求合力的方法。

3.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)

常規(guī)問(wèn)題：（驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)），求出做自由落體運(yùn)動(dòng)物體的重力勢(shì)能的減少量和相應(yīng)過(guò)程動(dòng)能的增加量，若二者基本相等，說(shuō)明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)： （驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新操作）：框架上裝有光電門(mén)1和光電門(mén)2;框架豎直部分緊貼一刻度尺，刻度尺的零刻度線在上端，可以測(cè)量出兩個(gè)光電門(mén)到零刻度線的距離x1和x2;框架水平部分用電磁鐵吸住一個(gè)質(zhì)量為m的小鐵塊，小鐵塊的重心所在高度恰好與刻度尺零刻度線對(duì)齊.切斷電磁鐵線圈中的電流時(shí)，小鐵塊由靜止釋放，當(dāng)小鐵塊先后經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)時(shí)，與光電門(mén)連接的傳感器即可測(cè)算出其速度大小v1和v2.。檢驗(yàn)結(jié)果能否滿(mǎn)足mgx2-mgx1= 12mv22- mv 21來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。

4.探究動(dòng)能大小的影響因素的實(shí)驗(yàn)

常規(guī)問(wèn)題：本實(shí)驗(yàn)用轉(zhuǎn)換法的思想，通過(guò)從斜面上滾下的小球去撞擊水平面上的滑塊，比較滑塊滑動(dòng)距離從而比較做功的大小。實(shí)際操作時(shí)小球的方向性差，出現(xiàn)撞不到滑塊的現(xiàn)象。另外，滑塊因與地面阻力過(guò)大，滑動(dòng)距離短，不便比較等問(wèn)題。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)：作三個(gè)變動(dòng)，1、將小球改為圓柱體，使得下滑時(shí)方向性更好，更能撞擊到水平面上的小車(chē);2、將滑塊改為有輪的實(shí)驗(yàn)小車(chē)，滑動(dòng)距離更遠(yuǎn)，有利于對(duì)比;3、降低斜面的坡度，斜面與水平面的連接處有平滑的小圓弧來(lái)過(guò)渡，減少?gòu)男泵娴剿矫嫔蠒r(shí)的能量損失。

總之，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法很多，在平時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，要領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)的原理與常規(guī)測(cè)量方法。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)源于常規(guī)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)又能優(yōu)化常規(guī)測(cè)量思路和方法，學(xué)會(huì)變通與創(chuàng)新，解答創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題，就是要按照題目要求和題目給出的實(shí)驗(yàn)器材，應(yīng)用相關(guān)的物理知識(shí)，遷移教材實(shí)驗(yàn)的方法，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υ跐撘颇械玫教岣摺?/p>