方宇軍

摘要：力學(xué)實(shí)驗(yàn)是每年高考必考的內(nèi)容之一。本文以實(shí)驗(yàn)《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的復(fù)習(xí)為例，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作、方案、?shù)據(jù)處理和分析、拓展與創(chuàng)新等方面探討高三力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯化處理策略。

關(guān)鍵詞：力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)；邏輯化處理；高三物理

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2017）06-0101

高考中對(duì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)考題的設(shè)計(jì)往往來源于課本實(shí)驗(yàn)又不拘泥于課本實(shí)驗(yàn)。在高考復(fù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，需要教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實(shí)際進(jìn)行邏輯化的處理，從而達(dá)到比較理想的復(fù)習(xí)效果。

所謂邏輯，就是指規(guī)律，包括思維規(guī)律和事物的因果規(guī)律。而物理知識(shí)之間都是有內(nèi)在邏輯關(guān)系的，知識(shí)的形成、學(xué)生的認(rèn)知也是有規(guī)律的。復(fù)習(xí)的邏輯化就是要整合這些關(guān)系和規(guī)律，使實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)流程具有合理性、連貫性和邏輯性。本文從力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)來探討邏輯化處理策略。

《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》是人教版高中物理必修1教材中的一節(jié)典型的探究性實(shí)驗(yàn)課。它在高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)中具有舉足輕重的地位，它的實(shí)驗(yàn)思路、數(shù)據(jù)處理方式、器材等是力學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和核心。本節(jié)復(fù)習(xí)課，不僅要讓學(xué)生獲得對(duì)探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，而且還要讓學(xué)生能夠舉一反三，進(jìn)行拓展和創(chuàng)新。以下是根據(jù)邏輯化處理策略，對(duì)本節(jié)復(fù)習(xí)課設(shè)計(jì)的邏輯順序。

一、弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊韵聨讉€(gè)方面：一是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的具體含義是什么；二是該實(shí)驗(yàn)的方法——控制變量法。

這一環(huán)節(jié)是讓學(xué)生明白本實(shí)驗(yàn)包含兩個(gè)方面的實(shí)驗(yàn)，一是保持質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系是否成正比；二是保持力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系是否成反比。從認(rèn)識(shí)規(guī)律的次序上講，只有明確了“想達(dá)到什么目的”，才能根據(jù)所要達(dá)到的目的來思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)。

二、理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和原理

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，要思考如何去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：一是設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的運(yùn)動(dòng)，如何設(shè)計(jì)？二是要測(cè)量哪些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如何測(cè)量，如何記錄，怎樣處理數(shù)據(jù)。

該環(huán)節(jié)不僅是要讓學(xué)生明確要測(cè)量哪些數(shù)據(jù)，而且設(shè)計(jì)出記錄數(shù)據(jù)的表格，因?yàn)樵O(shè)計(jì)表格的過程就是學(xué)生思維的過程。數(shù)據(jù)處理中要讓學(xué)生理解為什么要通過不斷改變縱、橫軸的意義，最終擬合成一條直線。

三、理解教材上案例，并且能對(duì)比已知的方案，做出合理的評(píng)價(jià)

教材上的案例一（如圖1所示）控制兩輛小車同時(shí)運(yùn)動(dòng)和靜止，測(cè)量出它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間里的位移之比，從而得出其加速度之比。

教材上的案例二（如圖2所示）讓一個(gè)小車從靜止開始運(yùn)動(dòng)，通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶，運(yùn)用逐差法測(cè)出小車運(yùn)動(dòng)的加速度。

兩個(gè)案例的比較：1. 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案是否都要平衡摩擦力？為什么？2. 繩對(duì)小車的拉力是否等于所掛的砝碼與砝碼盤的總重力？如何減小實(shí)驗(yàn)的誤差？3. 兩種實(shí)驗(yàn)案例的優(yōu)缺點(diǎn)各有哪些？

該環(huán)節(jié)促使學(xué)生思考理解實(shí)驗(yàn)的具體操作中的理論依據(jù)，一方面使學(xué)生能對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)方案做出合理的選擇，另一方面為實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、拓展和創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、拓展和創(chuàng)新

在學(xué)生對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)掌握的基礎(chǔ)上，通過具體的實(shí)驗(yàn)案例引導(dǎo)學(xué)生分析對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。

1. 采用氣墊導(dǎo)軌來減小摩擦阻力的影響，并且用光電門來測(cè)量速度，進(jìn)而計(jì)算出加速度

如圖3所示為氣墊導(dǎo)軌裝置其中G1、G2為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過G1、G2光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間Δt1、Δt2都可以被測(cè)量并記錄.滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m。

該實(shí)驗(yàn)中，由于滑塊與導(dǎo)軌之間有一個(gè)空氣薄膜，所以滑塊受到的摩擦力極小，導(dǎo)軌只需水平放置即可，為了檢查導(dǎo)軌是否水平，可以在不掛砝碼時(shí)，推動(dòng)滑塊后，看滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門的時(shí)間是否相等，若相等則表明導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)水平。加速度a=■（■-■）。

2. 巧妙設(shè)定實(shí)驗(yàn)步驟，解決繩子的拉力小于所掛砝碼和砝碼盤總重力這一問題引起的誤差

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如圖4所示：設(shè)計(jì)出如下的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

A. 按圖中所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置。

B. 調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長(zhǎng)木板向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

C. 取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m。

D. 將小車置于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器旁，先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a。

E. 重新掛上細(xì)繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質(zhì)量，重復(fù)B—D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度。

該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)掛上砝碼時(shí)，由于小車是勻速下滑，所以無論砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量是否遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，繩子對(duì)小車的拉力都等于砝碼和砝碼盤的總重力。當(dāng)拿下砝碼和砝碼盤后，小車所受到的外力的合力就等于砝碼和砝碼盤的總重力。

當(dāng)然，該實(shí)驗(yàn)也有不足的地方，那就是每次改變所掛的砝碼質(zhì)量，或者是每次改變小車的質(zhì)量，都需要重新調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾斜角，這樣一來既增加了實(shí)驗(yàn)的繁瑣度，同時(shí)也會(huì)增加實(shí)驗(yàn)的誤差。

3.轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方式克服因繩子拉力小于所掛砝碼和砝碼盤總重力而引起的誤差

在教材案例二的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)牛頓第二定律可以得知，繩的拉力F=■，結(jié)合F=Mg可知：（1）若圖像■-■能擬合成一條一次函數(shù)圖像，則表明加速度與力成正比；（2）若圖像圖像■-M能擬合成一條一次函數(shù)圖像，則表明加速度與質(zhì)量成正比。

五、小結(jié)

本文展示了對(duì)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的邏輯化處理策略。復(fù)習(xí)時(shí)以教材案例和學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，按照學(xué)生的認(rèn)識(shí)過程整體規(guī)劃復(fù)習(xí)教學(xué)的邏輯層次。在以上案例的基礎(chǔ)上，還可以引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生提出更多的實(shí)驗(yàn)方案，從而使學(xué)生真正達(dá)到深刻理解并能舉一反三的高度，這樣即使高考中對(duì)本實(shí)驗(yàn)如何創(chuàng)新改變，都能立于不敗之地。這就是邏輯化的處理策略在高三實(shí)驗(yàn)力學(xué)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中的具體應(yīng)用。

總之，在新課學(xué)習(xí)中，學(xué)生獲得的知識(shí)往往是碎片化不成系統(tǒng)的，而高三復(fù)習(xí)的任務(wù)之一就是要是學(xué)生的知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)，將書由“厚”讀“薄”。而邏輯化的處理能最大限度地幫助學(xué)生形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，要達(dá)到這一點(diǎn)，教師在教學(xué)中首先要有邏輯化處理的意識(shí)，追求最佳的邏輯次序設(shè)計(jì)。其次要多學(xué)習(xí)，使自己的教育教學(xué)理論不斷豐富，這樣在教學(xué)實(shí)際中才能得心應(yīng)手、游刃有余。

（作者單位：安徽省寧國(guó)市津河中學(xué) 242300）