关于物理探究实验的复习|

　　新课程标准明确提出要增大探究性实验的比例，物理学本身也是一门以实验为本的自然科学。在物理学的发展过程中，新事实的发现、探索新规律、检验物理理论、促进理论的推广和应用都离不开物理实验。可以说，没有实验就没有物理学的发展。毋庸置疑，中学物理课堂教学也应该回归到“以实验为基础”的正确轨道上来，实验在物理教学中肩负着重要的任务。近年来新编教材加入了大量的探究实验。与传统实验相比，探究实验因为实验手段的不唯一性和实验结果的不确定性，从而对学生的要求更高。因此，在近年来的高考中也加强了对学生探究实验能力的考查。要搞好探究实验的学习，我们在对实验的复习时要从以下几个方面入手。
　　一、明确实验目的
　　无论是做实验还是做实验类的题型，做之前我们都要清楚通过这个实验要达到一个什么样的目的。只有清楚了实验目的，才能知道需要通过测量哪一些物理量和哪些实验过程来达到探究的实验结果，然后也就知道了该选用的实验器材。
　　【例1】为了探究对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行。请思考探究思路并回答下列问题（打点计时器交流电频率为50 Hz）：(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？ (2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并进行第1次、第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W。(3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如下图所示是其中四次实验打出的部分纸带。 (4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表。从表中数据可得出结论：______________。
　　橡皮筋条数 1 2 3 4
　　橡皮筋对小车做功 2W 3W 4W
　　小车速度v(m/s) 1.0 1.415 1.73 2.0
　　V2/(m2/s2) 1.0 2.0 3.0 4.0
　　
　　[分析] 该实验清楚地告诉我们实验的目的是探究对物体做功与物体速度变化的关系。因此我们首先想到的是动能定理的内容：合外力做功等于物体的内容变化。要达到探究的目的，该实验用橡皮筋的拉力对小车做功，由此我们就想到：在该实验中如何才能让橡皮筋对小车的拉力等于小车的合力？怎样测小车
　　的速度？要达到多次测量怎样改变橡皮筋的拉力？通过怎样的操作才能达到这一实验的目的？
　　[解析] (1)将木板固定，由打点计时器的一端垫起
　　适当的高度，使小车缓慢匀速下滑。
　　(4)由匀速运动的速度公式v=xt，其中x从图上读出分别为2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm，t=T=1f=0.02 s，即可求出小车的速度。结论：橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比。
　　二、理解实验原理
　　实验原理是实验设计的依据和思路。实验基本原理是设计实验的基础，要研究实验，只有明确实验的原理，才能真正掌握实验的关键、操作的要点，进而进行实验的设计、改造和创新。在做实验的过程中，我们要弄明白实验机械的工作原理、实验过程所遵循的原理。对这些原理的理解既是做好实验、透彻理解实验的基础，也是做实验题的关键。比如例1的实验原理就是来源于动能定理。
　　三、注意所需仪器
　　实验仪器是完成实验的工具和载体，完成实验的结果与所选择的实验仪器有直接的关系。在实验中我们常常根据实验的原理来选择仪器，选择的办法是根据需要适用的原则。在实验类的题型中，试题的设计者常常给出一系列的实验器材供选择。要正确地选择所给仪器就要注意多个方面。如在电学实验中要注意遵循以下原则：
　　1.安全性原则。即在实验中不产生由于器件或装置选择不当使仪器发生损坏等不良后果。这一原则对电学实验十分重要。主要体现在电表（电压表、电流表）的量程的选择以及通过滑动变阻器（或其他电学器件）电源的最大电流不超过其额定电流等等。
　　2.适用性原则。即选择的仪器必须适用可行，能保证实验正常地顺利进行，应使实验的测量范围符合实验要求。
　　【例2】有一改装的安培表A1需要与一个标准安培表A2进行核对，采用如图（略）所示电路，其中ε为直流电源（三节蓄电池串联而成），R0为一定值电阻，R为一可变电阻，S为电键。实验中已有的器件及仪器的规格如下：（A）固定电阻（阻值8Ω，额定电流2A）；（B）固定电阻（阻值15Ω，额定电流2A）； （C）滑动变阻器（阻值范围0～20Ω，额定电流2A）；（D）滑动变阻器（阻值范围0～200Ω，额定电流2A）。已知两个表的刻度盘上都将量程均分为6大格，要求从0.1A起对每条刻度线一一进行核对。为此，从备用的电阻器中R0应选用R，应选用＿＿（用字母代号填入）。
　　解：定阻电阻器R0在电路中称为限流电阻，它的作用是限制电路中的最大电流，使之不超出安培表的量程过多，从而对安培表起保护作用。滑动变阻器R为调节电阻，它的作用是调节电路中的电流强度，从而实现对电路中的电流强度起控制作用。从题中给出的电阻器可见，电路中电阻器的配置共有四种方案，即：A和C，A和D，B和C，B和D。究竟哪种方案是适用可行的，需要进行有关估算。方案是否可行的根据是，电路中电流强度的调节范围能否满足实验的要求。显然，当滑动变阻器接入电路的电阻值为零时，电路中的电流强度最大；当滑动变阻器接入电路的电阻值最大时，电路中的电流强度最小。因为电源是由三节蓄电池串联而成，所以电源电动势可认为是6V，由欧姆定律可估算出四种方案的电流强度范围。
　　3.方便性原则。即在保证实验能够顺利进行的条件下（安全性、适用性符合要求），恰当地选择器材或实验装置，使实验操作方便易行。这一原则在电学实验中也很突出，主要表现在滑动变阻器的选择、分压电路与限流电路的选择等。
　　4.准确性原则。即要求实验误差小，精度高。这一原则是物理实验的普遍原则之一。要减小实验误差，途径是多方面的，这里只介绍如何选择实验器材和实验装置，以期使实验误差减小到最低限度。比如，伏特表、安培表接入电路时，应使指针偏转为满刻度的2/3以上；在验证机械能守恒定律实验中，应选1、2两点间距离约为2mm的纸带；在用单摆测定重力加速度的实验中，摆线应取长些，摆球应选密度大的实心金属小球，等等。
　　以上几个原则是我们选择电学和其他一些实验仪器的一些依据，在做具体实验时要灵活运用，不能死搬硬套。
　　四、重视实验过程
　　对实验过程的把握是能否得到正确实验的一个关键步骤。在做实验型的题目时要考虑清楚实验的逻辑顺序。常见的题型有实验步骤排序、排除不必要的实验过程等等。在做这一类题时，我们一个是根据所需实验结果来进行选择，另一个根据是从实验的逻辑顺序来进行选择。
　　五、处理数据，探究结果
　　数据处理一般有平均值法和图像法，这些处理方法的目的是避免实验的偶然误差影响。采用平均值的方法能减少实验误差；用图像法处理数据能让我们一目了然地看清各物理量间的关系及变化规律，但在画图之前要清楚怎么画图、图像的物理意义、图像与坐标轴交点的物理意义，有时为了更加直观常常“化曲为直”。
　　
　　(作者单位：河南漯河临颍一高)
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