吉臨榮 任長富

摘 要：在解物理習題時，如果能利用身邊簡易的文具作器材，做一些簡易的實驗，變抽象思維為直觀思維，可以解決一些物理難題和易錯題。這種把低成本實驗遷移到中考考場的做法，也是實驗思想和實驗功能的進一步升華。

關(guān)鍵詞：低成本；實驗；解題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）4-0058-4

有些中考題，單憑動腦想像，很容易出錯，甚至有時還找不到解決問題的思路。如果能借助自己身邊的學習用品，做一些低成本實驗，變抽象思維為直觀思維，難度就明顯降低，而且有“柳暗花明又一春”的感覺?，F(xiàn)舉例如下：

例1 如圖1所示為小孔成像的實驗，當物體做順時針轉(zhuǎn)動時，像將做 （選填“順時針”“逆時針”）轉(zhuǎn)動。

解析 不少學生根據(jù)小孔成倒立實像的特點判斷，物體做順時針轉(zhuǎn)動，那么像就做逆時針轉(zhuǎn)動，不知不覺中就錯了，而且不能夠檢查出錯誤。

如果通過這樣的低成本實驗，就能很好地解決此問題。先取兩支外形相似的筆A和B，把筆A的筆尖朝上放置作為物體，筆B的筆尖朝下放置作為像，這樣像與物體是倒立關(guān)系；再把作為物體的筆A順時針轉(zhuǎn)動90 °到達筆尖向右的位置，作為像的筆B的筆尖要到達筆尖向左的位置，必須順時針轉(zhuǎn)90 °，如圖2所示。由此可見，像和物體是同方向轉(zhuǎn)動的。

例2 （江蘇無錫中考題）在探究凸透鏡成像規(guī)律時，小明用9個紅色的發(fā)光二極管按“F”字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源，又用同樣的白色方格板做成光屏，實驗使用的凸透鏡焦距為10 cm，實驗裝置如圖3所示。

（4）光源“F”放在15 cm處，其大小如圖4所示，凸透鏡固定在光具座零刻度線上。如果用遮光罩將凸透鏡的上半部分罩住，則光屏上所成的像是（ ）

解析 本題共4個小問題，最容易錯的是第（4）問，錯誤率極高，多數(shù)師生都難以正確理解。用遮光罩將凸透鏡的上半部分罩住不影響像的整體性，只影響像的亮暗，對于這一點學生不容易錯。根據(jù)凸透鏡成倒立實像的特點判斷，“倒立”的含義是上下、左右都顛倒，“F”的倒立像就是答案C；也有學生在紙上寫出“F”，再把紙旋轉(zhuǎn)180 °得到C答案。但這個答案是錯誤的。

我們在實驗室做實驗時是從左向右看的，本題的關(guān)鍵是“用9個紅色的發(fā)光二極管按F字樣鑲嵌排列在白色方格板上替代蠟燭作為光源”，白色方格板是不透明物體，我們看到的F是從右向左看的，而不是從左向右看的，怎樣解決這一新情境問題呢？

可以做這樣的低成本實驗幫助我們理解：在一張白紙上寫上“F”，將紙豎直放置且從右向左看是F（如圖5），如果我們還以平常實驗的角度從左向右看，透過紙的背面看到的是如圖6，但由于紙是不透明物體，我們不能繼續(xù)向右看到像，此時可以再在紙上寫出“”，再將其旋轉(zhuǎn)180 °，就得到像，如圖7所示，正確的答案是選D。

解析 此題涉及的考點是運動與靜止的相對性，但學生在判斷村莊運動時，認為汽車在向右運動過程中，村莊與電線桿的距離沒有變化，所以村莊相對于電線桿靜止。同理，在判斷小樹運動時，小樹相對于電線桿的距離沒有變化，處于靜止狀態(tài)。最后一空也因此無法判斷，只好在順時針和逆時針中隨意猜填一個答案。

可做這樣的隨手實驗：拿出兩支筆，一支筆作為“電線桿”，另一支筆首先放在第一支筆的前方作為“村莊”，人頭從左向右移動相當于人站在向右行駛的汽車內(nèi)，可以觀察到“村莊”相對于“電線桿”向右運動；再將另一支筆放在第一支筆的后面作為“小樹”，人頭從左向右移動，可以看到“小樹”相對于“電線桿”向左運動；綜合“村莊相對于電線桿向右”“小樹相對于電線桿向左”可知，此時電線桿周圍的景物看起來好像在繞電線桿做順時針運動。

其實，機械運動的定義是“一個物體相對于另一個物體位置的改變叫做運動，若位置沒有改變，就是靜止”，這里關(guān)鍵是對“位置”的理解，“位置”不僅包含“距離”的含義，還包含“方位”的含義。本題“村莊”和“小樹”相對于“電線桿”的距離不變，但方位發(fā)生了變化。

解析 這是一道由考查“重力的方向總是豎直向下的”引申判斷地面傾斜度的中考題。由懸線偏向兩次判斷地面傾斜有一個思維轉(zhuǎn)換，在兩次轉(zhuǎn)換的過程中，學生容易出錯。

可做這樣的低成本實驗：拿一只三角板和一支鉛筆，把鉛筆的一端輕壓在三角板的頂端，以便鉛筆在重力作用下可以自然下垂而且偏轉(zhuǎn)。此時，把鉛筆當作細棉線和小鐵球做的重垂線，把三角板的豎直角邊當作立柱，三角板的橫直角邊當作地面。首先，按圖10（甲）把三角板東西方向放置，人由南向北看，使鉛筆的下端偏向三角板豎直線的左側(cè)，如圖11，可發(fā)現(xiàn)三角板豎直角邊偏向西。然后，按圖10（乙）把三角板南北方向放置，人由西向東看，使鉛筆的下端偏向三角板豎直線的右側(cè)，如圖12，可發(fā)現(xiàn)三角板豎直角邊偏向南。綜上所述，立柱向西南方向傾斜了。

拓展 此題不但可以探究物體的偏斜方向，還可以進一步轉(zhuǎn)換判斷地面的水平程度。另外，此題還涉及到一個觀察方向的問題，對于不透明的“立柱”，只有一個觀察方向，如果是兩面可以觀察的透明體，那么當三角板東西方向放置，使鉛筆的下端偏向三角板豎直線的左側(cè)，人由南向北看，物體是偏向西，若人由北向南看，物體是偏向東。務必要厘清此類問題的變式情境。

例5 （青海西寧中考題）市區(qū)街道兩旁可看到如圖13所示的公益廣告牌，它可看作一個處于平衡狀態(tài)的杠桿，在圖中畫出使它平衡的力的力臂（支點選在A點或B點，并正確畫出力臂，同樣得分）。

解析 本題的難點是確定動力的方向（假設廣告牌的重力是阻力），根據(jù)題目的提示，支點可以選在A點，也可以選在B點，有了支點、動力、阻力，動力臂和阻力臂也就好畫了。

突破這個難點，可以做這樣的低成本實驗：取出考試墊板（沒有墊板，也可取一張紙），首先用手輕輕抓住考試墊板上端的一角，相當于以廣告牌的A點作支點，這時考試墊板自然下垂成如圖14，要使墊板呈平置狀態(tài)，必須在B點施加一個向左的推力，由于這個推力屬于壓力，所以方向水平向左，這就是動力F1，如圖15。由此作出以A為支點的杠桿示意圖16。

同樣，用手輕輕抓住考試墊板下端的一角，相當于以廣告牌的B點作支點，這時考試墊板自然下垂成如圖17，要使墊板呈平置狀態(tài)，必須在B點施加一個方向水平向右的拉力，這就是動力F1，如圖18。由此作出以B為支點的杠桿示意圖19。

在做上述實驗的基礎上，會作出廣告牌的兩種杠桿示意圖，當遇到新情境題時，也就迎刃而解了。

如江蘇省無錫市2014年中考第24題：有一電熱水器，質(zhì)量為20 kg，裝滿水后的總質(zhì)量為70 kg。如圖20是電熱水器安裝的尺寸及其受力示意圖，在豎直方向上熱水器受到掛鉤拉力F2和重力G，在水平方向上熱水器受到膨脹螺釘對它的拉力F1和墻壁對它的支持力F3（g取10 N/kg）。該熱水器裝滿水時，膨脹螺釘?shù)睦1是多大？

這道中考題呈現(xiàn)了4個力F1、F2、F3、G，有些學生試圖從水平方向的力相等、豎直方向的力相等角度思考，結(jié)果因找不到兩個方向上力的關(guān)系而“卡殼”，實際上也超出了初中物理的學習范疇。

如果有了做低成本實驗的意識，并能正確建構(gòu)懸掛體的兩種杠桿示意圖，就會將電熱水器實物向杠桿模型轉(zhuǎn)化，理解F1、F2、F3存在的意義，由圖中的隱含條件“O”點，就知道此時的杠桿支點在O，進而知道動力是F1、阻力是G，280 mm和200 mm分別是動力臂和阻力臂的長度，F(xiàn)2、F3是多余的、干擾的條件，這樣就能挖掘隱含條件、選出有用條件進行解題。根據(jù)杠桿平衡條件F1L1=F2L2得，F(xiàn)1=F2L2/L1=GL2/L1=mgL2/L1=70 kg×10 N/kg×0.2 m/0.28 m=500 N。

借用身邊的學習用品，在考試現(xiàn)場做一些低成本實驗，不但可以解決一些物理難題，而且培養(yǎng)了學生動手實驗的意識，這正代表著當前物理實驗教學的發(fā)展方向。

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（欄目編輯 王柏廬）