何葉丹

實(shí)驗(yàn)是高考物理的一大考點(diǎn)，有兩個(gè)大題，一般其中一個(gè)是力學(xué)實(shí)驗(yàn)題。拙作以學(xué)生實(shí)驗(yàn)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》為例，在備課組教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，談?wù)劯呖剂W(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)策略。

本校采用人教版教材，本實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證重物自由落體運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒。器材用鐵架臺（帶鐵夾）、重錘（帶紙帶夾子）、紙帶、刻度尺、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙片、低壓交流電源、導(dǎo)線）。用計(jì)算法或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物重力勢能的減少量等于動能的增加量。學(xué)生二人一組在實(shí)驗(yàn)室做過該實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出了實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

一、認(rèn)知器材，感知操作

高考復(fù)習(xí)時(shí)，為了喚起學(xué)生的記憶，先對打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用作了回顧，并用圖片展示了各種可能的錯(cuò)誤操作。接著，請學(xué)生看圖選擇實(shí)驗(yàn)需要的儀器。不僅可以使學(xué)生回憶起本實(shí)驗(yàn)需要的儀器，而且能夠重新認(rèn)知儀器。

然后，請一位學(xué)生上講臺演示該實(shí)驗(yàn)。防止學(xué)生手足無措，采用邊放映操作視頻，邊分步演示的方法。當(dāng)然教師故意設(shè)置了一些陷阱，例如故意用較重的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而導(dǎo)線只選了二根較短的。學(xué)生用夾子夾打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，總夾不穩(wěn)，好不容易夾穩(wěn)，卻發(fā)現(xiàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)線不夠長，其他同學(xué)支招，用書把電源墊起來。此過程中，其他學(xué)生在歡笑聲中觀察了該同學(xué)的操作。這樣，教師就水到渠成地引出關(guān)于如何改進(jìn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的放置位置（如圖1所示）和為何要選擇電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原因。從而使學(xué)生重新認(rèn)識了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且知道如何操作打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

最后，舉二例作為課堂練習(xí)，讀者可以自己體會。

【例1】 某實(shí)驗(yàn)小組要驗(yàn)證自由落體運(yùn)動中機(jī)械能是否守恒，已有帶夾子的鐵架臺、電火花計(jì)時(shí)器、紙帶外，還需要圖2中的實(shí)驗(yàn)器材是 （用器材下面的字母表示）。

【例2】 在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4…n。則：

（1）如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測量的物理量 、 、 ，必須計(jì)算出的物理量為 、 ，驗(yàn)證的表達(dá)式為 。

（2）下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是 （填寫步驟前面的字母）。

A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺上

B.接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落

C.取下紙帶，更換新紙帶（或?qū)⒓垘ХD(zhuǎn)）重新做實(shí)驗(yàn)

D.將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶

E.選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1、h2、h3…h(huán)n，計(jì)算出對應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…vn

F.分別算出12mv2n和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等

二、記錄讀數(shù)，處理數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理是根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡，求出速度和高度。要注意不能用v=gt或v2=2gh計(jì)算速度。驗(yàn)證在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重物重力勢能的減少量等于動能的增加量，即ΔEp=ΔEk。實(shí)際上，由于存在摩擦和空氣阻力，重力勢能的減少量必定大于動能的增加量，即ΔEp>ΔEk。

然而例2卻搞亂了學(xué)生的認(rèn)識。根據(jù)數(shù)據(jù)求出的結(jié)果是ΔEp<ΔEk。引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)，此例中利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。豎直上拋運(yùn)動中，小球動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，也正是由于阻力的存在，重力勢能的增加量必定小于動能的減少量。由此可見，實(shí)驗(yàn)原理不同，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果會看似不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)論卻是一樣的。

【例3】 如圖3所示，某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。（已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.2kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

（1）由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5= m/s。

（2）從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp= J，動能減少量ΔEk= J.

（3）在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp ΔEk（選填“>”、“<”或“=”），造成這種結(jié)果的主要原因是 。

如果說例3只是改變了物體的運(yùn)動形式，例4則從單個(gè)物體改成了二個(gè)物體，而且完全改變了實(shí)驗(yàn)原理。有的學(xué)生甚至從一開始根本沒弄明白該題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?。?jīng)過教師指點(diǎn)，學(xué)生才知道由于用了氣墊導(dǎo)軌，可以忽略摩擦阻力，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。另外，例4還可以用作刻度尺的讀數(shù)和游標(biāo)卡尺讀數(shù)的例子，復(fù)習(xí)有效數(shù)字。

【例4】 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟：

①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；

②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l，結(jié)果如圖5所示，由此讀出l= mm；

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x= cm；

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；

⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2；

⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。

（2）用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式：

①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1= 和v2= 。

②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為Ek1= 和Ek2= 。

③在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少ΔEp= （重力加速度為g）。

（3）若ΔEp= ，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

另外，圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，是高考的重要考點(diǎn)。這勢必要求學(xué)生認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，親自畫圖線。而且可能畫過的圖線不是一條二條，而是已熟悉領(lǐng)悟并掌握了這種方法。

三、尋找差別，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題，實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法各不相同。但是，不管背景和原理有什么不同，一般都是以學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)為原型，考查實(shí)驗(yàn)器材的操作、數(shù)據(jù)的處理等基本的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。所謂“題在書外，理在書內(nèi)”。解決此類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，要重現(xiàn)做過的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的原型，找到差別，分析實(shí)驗(yàn)原理，用已熟悉的規(guī)律和方法解決。例5就是一例驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，讀者可以自己去體會。

【例5】 現(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連。遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直。導(dǎo)軌上的B點(diǎn)有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，x表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖。

最后，請學(xué)生自主總結(jié)，可以用哪些我們熟悉的運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。根據(jù)以上幾個(gè)例題，學(xué)生很容易總結(jié)得到：（1）自由落體運(yùn)動；（2）豎直上拋運(yùn)動；（3）利用氣墊導(dǎo)軌，水平面上和斜面上的運(yùn)動；甚至還會想到（4）豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動，可利用光電門測速度如圖7；（5）平拋運(yùn)動等等。如果條件允許，學(xué)生可以動手做一做這些實(shí)驗(yàn)。

高考物理實(shí)驗(yàn)題，體現(xiàn)讓做過實(shí)驗(yàn)和沒有做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有區(qū)別，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)和沒有認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有區(qū)別的原則。注重實(shí)驗(yàn)器材認(rèn)知和實(shí)驗(yàn)操作的考查，也重視對讀數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的考查。

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)應(yīng)重在讓學(xué)生親歷現(xiàn)場。通過認(rèn)知器材，感知操作；記錄讀數(shù)，處理數(shù)據(jù)；尋找差別，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等等策略提高復(fù)習(xí)效率。以上策略，對復(fù)習(xí)其他各個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，也有參考價(jià)值。

（責(zé)任編輯 易志毅）endprint

實(shí)驗(yàn)是高考物理的一大考點(diǎn)，有兩個(gè)大題，一般其中一個(gè)是力學(xué)實(shí)驗(yàn)題。拙作以學(xué)生實(shí)驗(yàn)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》為例，在備課組教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，談?wù)劯呖剂W(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)策略。

本校采用人教版教材，本實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證重物自由落體運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒。器材用鐵架臺（帶鐵夾）、重錘（帶紙帶夾子）、紙帶、刻度尺、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙片、低壓交流電源、導(dǎo)線）。用計(jì)算法或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物重力勢能的減少量等于動能的增加量。學(xué)生二人一組在實(shí)驗(yàn)室做過該實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出了實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

一、認(rèn)知器材，感知操作

高考復(fù)習(xí)時(shí)，為了喚起學(xué)生的記憶，先對打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用作了回顧，并用圖片展示了各種可能的錯(cuò)誤操作。接著，請學(xué)生看圖選擇實(shí)驗(yàn)需要的儀器。不僅可以使學(xué)生回憶起本實(shí)驗(yàn)需要的儀器，而且能夠重新認(rèn)知儀器。

然后，請一位學(xué)生上講臺演示該實(shí)驗(yàn)。防止學(xué)生手足無措，采用邊放映操作視頻，邊分步演示的方法。當(dāng)然教師故意設(shè)置了一些陷阱，例如故意用較重的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而導(dǎo)線只選了二根較短的。學(xué)生用夾子夾打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，總夾不穩(wěn)，好不容易夾穩(wěn)，卻發(fā)現(xiàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)線不夠長，其他同學(xué)支招，用書把電源墊起來。此過程中，其他學(xué)生在歡笑聲中觀察了該同學(xué)的操作。這樣，教師就水到渠成地引出關(guān)于如何改進(jìn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的放置位置（如圖1所示）和為何要選擇電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原因。從而使學(xué)生重新認(rèn)識了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且知道如何操作打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

最后，舉二例作為課堂練習(xí)，讀者可以自己體會。

【例1】 某實(shí)驗(yàn)小組要驗(yàn)證自由落體運(yùn)動中機(jī)械能是否守恒，已有帶夾子的鐵架臺、電火花計(jì)時(shí)器、紙帶外，還需要圖2中的實(shí)驗(yàn)器材是 （用器材下面的字母表示）。

【例2】 在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4…n。則：

（1）如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測量的物理量 、 、 ，必須計(jì)算出的物理量為 、 ，驗(yàn)證的表達(dá)式為 。

（2）下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是 （填寫步驟前面的字母）。

A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺上

B.接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落

C.取下紙帶，更換新紙帶（或?qū)⒓垘ХD(zhuǎn)）重新做實(shí)驗(yàn)

D.將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶

E.選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1、h2、h3…h(huán)n，計(jì)算出對應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…vn

F.分別算出12mv2n和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等

二、記錄讀數(shù)，處理數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理是根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡，求出速度和高度。要注意不能用v=gt或v2=2gh計(jì)算速度。驗(yàn)證在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重物重力勢能的減少量等于動能的增加量，即ΔEp=ΔEk。實(shí)際上，由于存在摩擦和空氣阻力，重力勢能的減少量必定大于動能的增加量，即ΔEp>ΔEk。

然而例2卻搞亂了學(xué)生的認(rèn)識。根據(jù)數(shù)據(jù)求出的結(jié)果是ΔEp<ΔEk。引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)，此例中利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。豎直上拋運(yùn)動中，小球動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，也正是由于阻力的存在，重力勢能的增加量必定小于動能的減少量。由此可見，實(shí)驗(yàn)原理不同，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果會看似不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)論卻是一樣的。

【例3】 如圖3所示，某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。（已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.2kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

（1）由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5= m/s。

（2）從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp= J，動能減少量ΔEk= J.

（3）在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp ΔEk（選填“>”、“<”或“=”），造成這種結(jié)果的主要原因是 。

如果說例3只是改變了物體的運(yùn)動形式，例4則從單個(gè)物體改成了二個(gè)物體，而且完全改變了實(shí)驗(yàn)原理。有的學(xué)生甚至從一開始根本沒弄明白該題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?。?jīng)過教師指點(diǎn)，學(xué)生才知道由于用了氣墊導(dǎo)軌，可以忽略摩擦阻力，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。另外，例4還可以用作刻度尺的讀數(shù)和游標(biāo)卡尺讀數(shù)的例子，復(fù)習(xí)有效數(shù)字。

【例4】 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟：

①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；

②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l，結(jié)果如圖5所示，由此讀出l= mm；

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x= cm；

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；

⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2；

⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。

（2）用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式：

①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1= 和v2= 。

②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為Ek1= 和Ek2= 。

③在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少ΔEp= （重力加速度為g）。

（3）若ΔEp= ，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

另外，圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，是高考的重要考點(diǎn)。這勢必要求學(xué)生認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，親自畫圖線。而且可能畫過的圖線不是一條二條，而是已熟悉領(lǐng)悟并掌握了這種方法。

三、尋找差別，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題，實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法各不相同。但是，不管背景和原理有什么不同，一般都是以學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)為原型，考查實(shí)驗(yàn)器材的操作、數(shù)據(jù)的處理等基本的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。所謂“題在書外，理在書內(nèi)”。解決此類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，要重現(xiàn)做過的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的原型，找到差別，分析實(shí)驗(yàn)原理，用已熟悉的規(guī)律和方法解決。例5就是一例驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，讀者可以自己去體會。

【例5】 現(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連。遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直。導(dǎo)軌上的B點(diǎn)有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，x表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖。

最后，請學(xué)生自主總結(jié)，可以用哪些我們熟悉的運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。根據(jù)以上幾個(gè)例題，學(xué)生很容易總結(jié)得到：（1）自由落體運(yùn)動；（2）豎直上拋運(yùn)動；（3）利用氣墊導(dǎo)軌，水平面上和斜面上的運(yùn)動；甚至還會想到（4）豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動，可利用光電門測速度如圖7；（5）平拋運(yùn)動等等。如果條件允許，學(xué)生可以動手做一做這些實(shí)驗(yàn)。

高考物理實(shí)驗(yàn)題，體現(xiàn)讓做過實(shí)驗(yàn)和沒有做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有區(qū)別，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)和沒有認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有區(qū)別的原則。注重實(shí)驗(yàn)器材認(rèn)知和實(shí)驗(yàn)操作的考查，也重視對讀數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的考查。

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)應(yīng)重在讓學(xué)生親歷現(xiàn)場。通過認(rèn)知器材，感知操作；記錄讀數(shù)，處理數(shù)據(jù)；尋找差別，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等等策略提高復(fù)習(xí)效率。以上策略，對復(fù)習(xí)其他各個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，也有參考價(jià)值。

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實(shí)驗(yàn)是高考物理的一大考點(diǎn)，有兩個(gè)大題，一般其中一個(gè)是力學(xué)實(shí)驗(yàn)題。拙作以學(xué)生實(shí)驗(yàn)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》為例，在備課組教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，談?wù)劯呖剂W(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)策略。

本校采用人教版教材，本實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證重物自由落體運(yùn)動過程中機(jī)械能守恒。器材用鐵架臺（帶鐵夾）、重錘（帶紙帶夾子）、紙帶、刻度尺、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、復(fù)寫紙片、低壓交流電源、導(dǎo)線）。用計(jì)算法或圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物重力勢能的減少量等于動能的增加量。學(xué)生二人一組在實(shí)驗(yàn)室做過該實(shí)驗(yàn)，并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得出了實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

一、認(rèn)知器材，感知操作

高考復(fù)習(xí)時(shí)，為了喚起學(xué)生的記憶，先對打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用作了回顧，并用圖片展示了各種可能的錯(cuò)誤操作。接著，請學(xué)生看圖選擇實(shí)驗(yàn)需要的儀器。不僅可以使學(xué)生回憶起本實(shí)驗(yàn)需要的儀器，而且能夠重新認(rèn)知儀器。

然后，請一位學(xué)生上講臺演示該實(shí)驗(yàn)。防止學(xué)生手足無措，采用邊放映操作視頻，邊分步演示的方法。當(dāng)然教師故意設(shè)置了一些陷阱，例如故意用較重的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，而導(dǎo)線只選了二根較短的。學(xué)生用夾子夾打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，總夾不穩(wěn)，好不容易夾穩(wěn)，卻發(fā)現(xiàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)線不夠長，其他同學(xué)支招，用書把電源墊起來。此過程中，其他學(xué)生在歡笑聲中觀察了該同學(xué)的操作。這樣，教師就水到渠成地引出關(guān)于如何改進(jìn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的放置位置（如圖1所示）和為何要選擇電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原因。從而使學(xué)生重新認(rèn)識了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且知道如何操作打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。

最后，舉二例作為課堂練習(xí)，讀者可以自己體會。

【例1】 某實(shí)驗(yàn)小組要驗(yàn)證自由落體運(yùn)動中機(jī)械能是否守恒，已有帶夾子的鐵架臺、電火花計(jì)時(shí)器、紙帶外，還需要圖2中的實(shí)驗(yàn)器材是 （用器材下面的字母表示）。

【例2】 在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，電源的頻率為50Hz，依次打出的點(diǎn)為0、1、2、3、4…n。則：

（1）如用第2點(diǎn)到第6點(diǎn)之間的紙帶來驗(yàn)證，必須直接測量的物理量 、 、 ，必須計(jì)算出的物理量為 、 ，驗(yàn)證的表達(dá)式為 。

（2）下列實(shí)驗(yàn)步驟操作合理的排列順序是 （填寫步驟前面的字母）。

A.將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直安裝在鐵架臺上

B.接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落

C.取下紙帶，更換新紙帶（或?qū)⒓垘ХD(zhuǎn)）重新做實(shí)驗(yàn)

D.將重物固定在紙帶的一端，讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶

E.選擇一條紙帶，用刻度尺測出物體下落的高度h1、h2、h3…h(huán)n，計(jì)算出對應(yīng)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3…vn

F.分別算出12mv2n和mghn，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)看是否相等

二、記錄讀數(shù)，處理數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理是根據(jù)紙帶上的點(diǎn)跡，求出速度和高度。要注意不能用v=gt或v2=2gh計(jì)算速度。驗(yàn)證在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，重物重力勢能的減少量等于動能的增加量，即ΔEp=ΔEk。實(shí)際上，由于存在摩擦和空氣阻力，重力勢能的減少量必定大于動能的增加量，即ΔEp>ΔEk。

然而例2卻搞亂了學(xué)生的認(rèn)識。根據(jù)數(shù)據(jù)求出的結(jié)果是ΔEp<ΔEk。引導(dǎo)學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)，此例中利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。豎直上拋運(yùn)動中，小球動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，也正是由于阻力的存在，重力勢能的增加量必定小于動能的減少量。由此可見，實(shí)驗(yàn)原理不同，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果會看似不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)論卻是一樣的。

【例3】 如圖3所示，某同學(xué)利用豎直上拋小球的頻閃照片驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。頻閃儀每隔0.05s閃光一次，圖中所標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)際距離，該同學(xué)通過計(jì)算得到不同時(shí)刻的速度如下表。（已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.8m/s2，小球質(zhì)量m=0.2kg，結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

（1）由頻閃照片上的數(shù)據(jù)計(jì)算t5時(shí)刻小球的速度v5= m/s。

（2）從t2到t5時(shí)間內(nèi)，重力勢能增量ΔEp= J，動能減少量ΔEk= J.

（3）在誤差允許的范圍內(nèi)，若ΔEp與ΔEk近似相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。由上述計(jì)算得ΔEp ΔEk（選填“>”、“<”或“=”），造成這種結(jié)果的主要原因是 。

如果說例3只是改變了物體的運(yùn)動形式，例4則從單個(gè)物體改成了二個(gè)物體，而且完全改變了實(shí)驗(yàn)原理。有的學(xué)生甚至從一開始根本沒弄明白該題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁础＝?jīng)過教師指點(diǎn)，學(xué)生才知道由于用了氣墊導(dǎo)軌，可以忽略摩擦阻力，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒。另外，例4還可以用作刻度尺的讀數(shù)和游標(biāo)卡尺讀數(shù)的例子，復(fù)習(xí)有效數(shù)字。

【例4】 利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖4所示。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟：

①將氣墊導(dǎo)軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導(dǎo)軌調(diào)至水平；

②用游標(biāo)卡尺測量擋光條的寬度l，結(jié)果如圖5所示，由此讀出l= mm；

③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離x= cm；

④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待砝碼靜止不動時(shí)，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；

⑤從數(shù)字計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時(shí)間Δt1和Δt2；

⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，再稱出托盤和砝碼的總質(zhì)量m。

（2）用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達(dá)式：

①滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1= 和v2= 。

②當(dāng)滑塊通過光電門1和光電門2時(shí)，系統(tǒng)（包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼）的總動能分別為Ek1= 和Ek2= 。

③在滑塊從光電門1運(yùn)動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少ΔEp= （重力加速度為g）。

（3）若ΔEp= ，則可認(rèn)為驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。

另外，圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，是高考的重要考點(diǎn)。這勢必要求學(xué)生認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，親自畫圖線。而且可能畫過的圖線不是一條二條，而是已熟悉領(lǐng)悟并掌握了這種方法。

三、尋找差別，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題，實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法各不相同。但是，不管背景和原理有什么不同，一般都是以學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)為原型，考查實(shí)驗(yàn)器材的操作、數(shù)據(jù)的處理等基本的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。所謂“題在書外，理在書內(nèi)”。解決此類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，要重現(xiàn)做過的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的原型，找到差別，分析實(shí)驗(yàn)原理，用已熟悉的規(guī)律和方法解決。例5就是一例驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，讀者可以自己去體會。

【例5】 現(xiàn)要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一質(zhì)量為m的砝碼相連。遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直。導(dǎo)軌上的B點(diǎn)有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時(shí)的擋光時(shí)間t。用d表示A點(diǎn)到導(dǎo)軌底端C點(diǎn)的距離，h表示A與C的高度差，b表示遮光片的寬度，x表示A、B兩點(diǎn)間的距離，將遮光片通過光電門的平均速度看作滑塊通過B點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，用g表示重力加速度。完成下列填空和作圖。

最后，請學(xué)生自主總結(jié)，可以用哪些我們熟悉的運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。根據(jù)以上幾個(gè)例題，學(xué)生很容易總結(jié)得到：（1）自由落體運(yùn)動；（2）豎直上拋運(yùn)動；（3）利用氣墊導(dǎo)軌，水平面上和斜面上的運(yùn)動；甚至還會想到（4）豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動，可利用光電門測速度如圖7；（5）平拋運(yùn)動等等。如果條件允許，學(xué)生可以動手做一做這些實(shí)驗(yàn)。

高考物理實(shí)驗(yàn)題，體現(xiàn)讓做過實(shí)驗(yàn)和沒有做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有區(qū)別，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)和沒有認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有區(qū)別的原則。注重實(shí)驗(yàn)器材認(rèn)知和實(shí)驗(yàn)操作的考查，也重視對讀數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的考查。

實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)應(yīng)重在讓學(xué)生親歷現(xiàn)場。通過認(rèn)知器材，感知操作；記錄讀數(shù)，處理數(shù)據(jù)；尋找差別，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等等策略提高復(fù)習(xí)效率。以上策略，對復(fù)習(xí)其他各個(gè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，也有參考價(jià)值。

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