(江蘇省馬壩高級(jí)中學(xué)，江蘇 淮安 211751)

實(shí)驗(yàn)是高考中的重要內(nèi)容，也是學(xué)生感到比較困難的內(nèi)容.需要我們?cè)谄綍r(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中抓住實(shí)驗(yàn)的重要落點(diǎn)開展訓(xùn)練，切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，筆者將以2013年江蘇省高考實(shí)驗(yàn)題為例予以說明.

例1 (2013江蘇)某興趣小組利用自由落體運(yùn)動(dòng)測(cè)定重力加速度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.傾斜的球槽中放有若干個(gè)小鐵球，閉合開關(guān)K，電磁鐵吸住第1個(gè)小球.手動(dòng)敲擊彈性金屬片M，M與觸頭瞬間分開，第1個(gè)小球開始下落，M迅速恢復(fù)，電磁鐵又吸住第2個(gè)小球.當(dāng)?shù)?個(gè)小球撞擊M時(shí)，M與觸頭分開，第2個(gè)小球開始下落…….這樣，就可測(cè)出多個(gè)小球下落的總時(shí)間.

(1)在實(shí)驗(yàn)中，下列做法正確的有.

(A)電路中的電源只能選用交流電源

(B)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將M調(diào)整到電磁鐵的正下方

(C)用直尺測(cè)量電磁鐵下端到M的豎直距離作為小球下落的高度

(D)手動(dòng)敲擊M的同時(shí)按下秒表開始計(jì)時(shí)

(2)實(shí)驗(yàn)測(cè)得小球下落的高度H=1.980m，10個(gè)小球下落的總時(shí)間T=6.5s.可求出重力加速度g=m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(3)在不增加實(shí)驗(yàn)器材的情況下，請(qǐng)?zhí)岢鰷p小實(shí)驗(yàn)誤差的兩個(gè)辦法.

(4)某同學(xué)考慮到電磁鐵在每次斷電后需要時(shí)間Δt磁性才消失，因此，每個(gè)小球的實(shí)際下落時(shí)間與它的測(cè)量時(shí)間相差Δt，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差.為此，他分別取高度H1和H2，測(cè)量n個(gè)小球下落的總時(shí)間T1和T2.他是否可以利用這兩組數(shù)據(jù)消除Δt對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響？請(qǐng)推導(dǎo)說明.

解析：(1)B、D (2)9.4

(3)增加小球下落的高度;多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),結(jié)果取平均值.

學(xué)生對(duì)該題的裝置比較陌生，要順利完成本題，首先要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模源藢?shí)驗(yàn)?zāi)康脑龠M(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)原理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理再選擇實(shí)驗(yàn)器材、進(jìn)行誤差分析，可看出有以下四個(gè)落點(diǎn)：

落點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

關(guān)于實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕虒W(xué)，經(jīng)常被老師忽略或者一帶而過，因?yàn)槊總€(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑诮炭茣蚪梯o資料中已寫明，只要照本宣科就行.事實(shí)上這種認(rèn)識(shí)是片面的.在實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕虒W(xué)中，教師必須有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生揭示實(shí)驗(yàn)和實(shí)際問題之間的聯(lián)系，促使學(xué)生帶著問題確定原理，從而給實(shí)驗(yàn)以生命力.例1的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖恰袄米杂陕潴w運(yùn)動(dòng)測(cè)定重力加速度”，以此實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)原理.

落點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)原理

落點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)器材

對(duì)于常用的基本儀器，要求學(xué)生能夠正確、熟練地使用.例1中第(1)小題的A選項(xiàng)，學(xué)生接觸到的交流電源是在使用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)用過，若對(duì)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器原理不了解，學(xué)生只可能死記住交流電源，這時(shí)A選項(xiàng)就會(huì)對(duì)學(xué)生帶來一定的干擾.

落點(diǎn)四誤差分析

由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不完善，周圍環(huán)境的影響，以及人的觀察力、測(cè)量程序等限制，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值和真實(shí)值之間總是存在一定的差異.人們常用絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差說明實(shí)驗(yàn)值的準(zhǔn)確程度.為了評(píng)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性或誤差，認(rèn)清誤差的來源及其影響，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)的誤差進(jìn)行分析和討論.由此可以判定哪些因素是影響實(shí)驗(yàn)精確度的主要方面，從而在以后實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，縮小實(shí)驗(yàn)值和真值之間的差值，提高實(shí)驗(yàn)的精確性.因此誤差分析也是高考考查的一項(xiàng)基本能力.為減小偶然誤差，常用的方法有：小量放大法、平均值法、圖像法等等.例1提供了“小量放大法”，即把時(shí)間這個(gè)難以直接準(zhǔn)確測(cè)量的微小量經(jīng)過10次累積后測(cè)量.只要學(xué)生掌握了常用的減小誤差方法，對(duì)于開放性的第(3)小題就很容易解決.為了減少系統(tǒng)誤差，就要從實(shí)驗(yàn)原理和裝置等方面考慮.例1第(4)小題對(duì)實(shí)驗(yàn)中有可能出現(xiàn)的誤差做了評(píng)估，要求學(xué)生進(jìn)一步推導(dǎo)論證，考查了學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)分析物理問題的能力.

例2 (2013江蘇)為探究小燈泡的電功率P和電壓U的關(guān)系，小明測(cè)量小燈泡的電壓U和電流I，利用P=UI得到電功率.實(shí)驗(yàn)所使用的小燈泡規(guī)格為“3.0V 1.8W”，電源為12V的電池，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為10Ω.

(1)準(zhǔn)備使用的實(shí)物電路如圖甲所示.請(qǐng)將滑動(dòng)變阻器接入電路的正確位置.(用筆畫線代替導(dǎo)線)

(2)現(xiàn)有10Ω、20Ω和50Ω的定值電阻，電路中的電阻R1應(yīng)選Ω的定值電阻.

(3)測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材.

(4)小明處理數(shù)據(jù)后將P、U2描點(diǎn)在坐標(biāo)紙上，并作出了一條直線，如圖乙所示.請(qǐng)指出圖象中不恰當(dāng)?shù)牡胤?

解析：(1)探究小燈泡的電功率P和電壓U的關(guān)系，小燈泡的電壓從零開始逐漸增大，應(yīng)該設(shè)計(jì)成分壓電路(見圖).

(2)電路中的電阻R1為保護(hù)電阻，應(yīng)選10Ω的定值電阻.

(3)測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)先斷開開關(guān)，拆除電池兩端的導(dǎo)線，再拆除其他導(dǎo)線，最后整理好器材；

(4)由于小燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，小燈泡的電阻隨電壓的增大而增大，P隨U2變化關(guān)系不是直線，應(yīng)該把橫坐標(biāo)的標(biāo)度取的大一些，圖線為向下彎曲的，圖線不應(yīng)畫為直線，橫坐標(biāo)的標(biāo)度不恰當(dāng).

本題第(1)小題考查實(shí)驗(yàn)步驟中的連接電路，滑動(dòng)變阻器的分壓電路接法；第(2)小題是考查實(shí)驗(yàn)原理；第(3)小題是考查實(shí)驗(yàn)步驟中整理器材部分，很容易在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中被一帶而過；第(4)小題是考查用圖像法處理數(shù)據(jù)，用線性擬合原始數(shù)據(jù).該考題反映了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的兩個(gè)必須穩(wěn)扎穩(wěn)打的落點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理.

落點(diǎn)五實(shí)驗(yàn)步驟

設(shè)計(jì)和編排實(shí)驗(yàn)步驟是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要內(nèi)容之一.實(shí)驗(yàn)是手腦并用的實(shí)踐活動(dòng)，是培養(yǎng)觀察能力、思維能力、操作能力的過程，也是培養(yǎng)創(chuàng)造能力的過程.切忌死記硬背實(shí)驗(yàn)步驟，生搬硬套.例2第(3)小題中看似不重要的整理器材，卻成了設(shè)計(jì)高考題很好的一個(gè)切入點(diǎn).要正確完成例2的第(1)、(3)小題，學(xué)生需要通過體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，具備扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作基本功.

落點(diǎn)六數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理常用的方法有列表法、平均值法、圖像法等.其中圖像法是處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的常用方法之一，用它處理數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)便而且準(zhǔn)確.需從函數(shù)入手，搞清圖線的斜率、截距、包圍的面積等對(duì)應(yīng)的物理量的意義.

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，江蘇省高考考試說明中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ψ髁嗣鞔_的要求：“能獨(dú)立地完成知識(shí)內(nèi)容表中所列的實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)原理和方法，能控制實(shí)驗(yàn)條件；會(huì)使用實(shí)驗(yàn)儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對(duì)結(jié)論進(jìn)行一定的分析和評(píng)價(jià)；能在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，對(duì)解決問題的方式和問題的答案提出假設(shè)；能制定實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)；能運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和所給的實(shí)驗(yàn)儀器去解決問題，包括簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).”高考對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的考查不只停留在大綱要求的幾個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)上，而且出現(xiàn)了創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn).近幾年的高考實(shí)驗(yàn)題表明，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等落點(diǎn)正是考試說明的具體化.由此可見讓學(xué)生親自的設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)，才能適應(yīng)高考的要求，滿足高校和社會(huì)的需求.