【摘要】本文通過對(duì)近年相關(guān)考題的分析，總結(jié)力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)命題在注重考查基礎(chǔ)知識(shí)、強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究能力、融入現(xiàn)代科技元素等方面的特點(diǎn)．針對(duì)這些趨勢(shì)，以具體案例的形式提出相應(yīng)的解題策略，以期為學(xué)生和教育工作者提供有益的參考，提升力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)習(xí)的效果．

【關(guān)鍵詞】力學(xué)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；解題策略

力學(xué)實(shí)驗(yàn)作為物理學(xué)的重要組成部分，對(duì)于學(xué)生理解力學(xué)概念、掌握物理規(guī)律以及培養(yǎng)科學(xué)探究能力具有不可替代的作用．隨著教育改革的不斷推進(jìn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在考試中的命題趨勢(shì)也在發(fā)生著顯著變化．了解這些趨勢(shì)并掌握有效的解題策略，對(duì)于學(xué)生在考試中取得優(yōu)異成績(jī)以及提升自身的科學(xué)素養(yǎng)至關(guān)重要．

1 力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的命題趨勢(shì)

1.1 基礎(chǔ)知識(shí)與綜合應(yīng)用相結(jié)合

命題不再單純考查某一孤立的知識(shí)點(diǎn)，而是將多個(gè)力學(xué)概念和規(guī)律融合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)情境中，要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和解決問題．

1.2 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究能力

更加注重考查學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及得出結(jié)論的能力，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中積極思考和創(chuàng)新．同時(shí)，還要學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差來源進(jìn)行分析以及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案以減小誤差的考查，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)探究能力．

1.3 融入現(xiàn)代科技元素

將先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)、傳感器設(shè)備等引入實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生能夠適應(yīng)新的實(shí)驗(yàn)手段，理解并運(yùn)用相關(guān)科技成果解決力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的問題．也可能會(huì)與信息技術(shù)等其他學(xué)科交叉融合，要求學(xué)生具備運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決復(fù)雜力學(xué)實(shí)驗(yàn)問題的能力．

2 驗(yàn)證牛頓第二定律創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例

例1 某同學(xué)用如圖1所示的裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，拉力傳感器固定在鐵架臺(tái)上，長(zhǎng)l的細(xì)繩一端系在拉力傳感器上，另一端栓接一個(gè)半徑為r的小鋼球，（小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，球心正好對(duì)準(zhǔn)光電門）在小球靜止的位置固定一光電門，小球靜止時(shí)拉力傳感器的示數(shù)為F0．將小球拉起一定的角度后由靜止釋放．小球擺動(dòng)過程中拉力傳感器的示數(shù)隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2所示，測(cè)出小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)光電門的遮光時(shí)間Δt，小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)，拉力傳感器的示數(shù)為F2，已知重力加速度為g，試回答以下問題：

（1）小球運(yùn)動(dòng)過程中經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的加速度為______________（用r、l、Δt表示）；

（2）小球的質(zhì)量為______________；

（3）若小球在最低點(diǎn)受到的合力與質(zhì)量和加速度滿足關(guān)系式______________，即可驗(yàn)證牛頓第二定律在小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)成立．

解析 （1）小球經(jīng)過最低點(diǎn)時(shí)的速度v=2rΔt，

加速度a=v2R=v2l+r=4r2（l+r）（Δt）2．

（2）小球在最低點(diǎn)靜止時(shí)有F0=mg，可知m=F0g．

（3）小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)有F合=F2－F0=ma，代入a、m的表達(dá)式可得F2－F0=4F0r2g（l+r）（Δt）2．

解題策略 本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用了中學(xué)生不太熟悉的實(shí)驗(yàn)器材（力傳感器和光電門計(jì)時(shí)器），通過力傳感器將繩子的拉力實(shí)時(shí)地通過計(jì)算機(jī)反映出來，需要學(xué)生認(rèn)真識(shí)別計(jì)算機(jī)圖象，從圖象中尋找解題的關(guān)鍵點(diǎn)．當(dāng)然，了解新型實(shí)驗(yàn)器材的使用方法和原理，熟悉數(shù)字化傳感器、計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的操作是解決創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的根本所在．

3 測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣葎?chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例

例2 某學(xué)習(xí)小組利用雙線擺測(cè)量當(dāng)?shù)刂?mark style="display:none;">f221a31ca4a8a443d25d845fb7a6c0e5力加速度．如題圖3所示，將一個(gè)可視為質(zhì)點(diǎn)的小球用兩條長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的細(xì)線連接，細(xì)線上端分別固定在水平直桿上的M、N兩點(diǎn)，兩條細(xì)線左右對(duì)稱，使小球能在垂直紙面的豎直面內(nèi)擺動(dòng)．

（1）用秒表測(cè)量雙線擺的周期：將小球沿題圖3中虛線所在的垂直紙面的豎直面拉開一個(gè)大約5°的角度，然后由靜止釋放，當(dāng)雙線擺擺動(dòng)穩(wěn)定且到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)開始計(jì)時(shí)并記為0次，雙線擺每次經(jīng)過最低點(diǎn)記一次數(shù)，當(dāng)數(shù)到n次時(shí)秒表示數(shù)如題圖4所示，則秒表的讀數(shù)t=______________s，該雙線擺的周期T=______________（用t、n表示）；

（2）測(cè)得M、N間距為d，則當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=______________（用題給物理量符號(hào)表示）．

解析 （1）由圖示秒表可知，秒表的示數(shù)為t=2min+7.0s=127.0s，

單擺的周期為T=tn2=2tn．

（2）設(shè)擺長(zhǎng)為l，由圖3，結(jié)合勾股定理有l(wèi)=L2－d22，

擺的周期公式為T=2πl(wèi)g，

整理有g(shù)=4π2lT2=n2π24L2－d22t2．

解題策略 高中物理教材中講解了運(yùn)用單擺測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊姆椒ǎ@里給出了雙線擺測(cè)量重力加速度，從實(shí)驗(yàn)原理上進(jìn)行了創(chuàng)新，需要學(xué)生認(rèn)真分析題目，求解有效擺長(zhǎng)，再結(jié)合單擺周期公式即可求解重力加速度．

4 結(jié)語

力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的命題趨勢(shì)正朝著綜合化、創(chuàng)新化、科技化和跨學(xué)科化的方向發(fā)展．學(xué)生在應(yīng)對(duì)這類實(shí)驗(yàn)問題時(shí)，需要具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新的思維能力、熟練的實(shí)驗(yàn)操作技巧以及跨學(xué)科整合知識(shí)的能力．教育工作者應(yīng)根據(jù)這些趨勢(shì)，調(diào)整教學(xué)方法和策略，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神．未來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和教育理念的持續(xù)更新，力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的命題將更加注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和解決實(shí)際問題的能力．期待在力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考試中，能夠出現(xiàn)更多具有創(chuàng)新性、開放性和綜合性的優(yōu)秀試題，為培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．總之，深入研究力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的命題趨勢(shì)及解題策略，對(duì)于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和考試成績(jī)，推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展具有重要的意義．

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