(1. 江蘇省贛榆高級(jí)中學(xué)，江蘇 連云港 222100;2. 江蘇省常州市北郊高級(jí)中學(xué)，江蘇 常州 213031)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析能力是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)探究能力的重要組成部分。近年來(lái)，物理高考以能力立意為導(dǎo)向，對(duì)實(shí)驗(yàn)的考查要求逐年提高，因此，提高高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的實(shí)效性顯得尤為重要。高中物理教材凝聚了物理學(xué)家智慧的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)素材，為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究提供設(shè)計(jì)原型和范式，可以引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，感悟科學(xué)探究的真諦。為此，挖掘教材中實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)功能，是提高物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)實(shí)效性的重要途徑。

1 一“材”多用，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材的使用能力

一“材”多用是指將教材中某個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材運(yùn)用于多個(gè)物理實(shí)驗(yàn)中，可將不同的物理實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)器材這條主線串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí)。這種專(zhuān)題復(fù)習(xí)既強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)器材作用和使用方法的掌握，又提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材的使用能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Υ笥旭砸妗?/p>

在探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，滲透了諸多科學(xué)研究方法，其中有平衡摩擦力的等效法和控制變量法、小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)化法、圖像法等。對(duì)此實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)，既可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，又可以使實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，如用氣墊導(dǎo)軌替代長(zhǎng)木板，可不用平衡摩擦力，用力傳感器測(cè)量合外力不需要考慮小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和砝碼盤(pán)的總質(zhì)量的條件，通過(guò)用光電計(jì)時(shí)器測(cè)量小車(chē)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，或者用位移傳感器，就不需要用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量加速度。以此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)為背景，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件和儀器設(shè)置問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí)，既不脫離教材又不拘泥教材，體現(xiàn)了開(kāi)放性、探究性等特點(diǎn)。

“守舊源于封閉，創(chuàng)新出自開(kāi)放”。利用氣墊導(dǎo)軌等器材，可構(gòu)建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材的使用能力。

圖1

某同學(xué)利用如圖1所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理，在氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩光電門(mén)1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過(guò)定滑輪與鉤碼相連。實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)出光電門(mén)1、2間的距離為L(zhǎng)，遮光條的寬度為d，滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m。

(1) 完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：

A． 安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，其中與定滑輪及彈簧測(cè)力計(jì)相連的細(xì)線處于豎直狀態(tài)；

B． 實(shí)驗(yàn)時(shí)要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，不掛鉤碼時(shí)，接通氣源，釋放滑塊，如果滑塊，則表示氣墊導(dǎo)軌已調(diào)整至水平狀態(tài)；

C． 掛上鉤碼后，接通氣源，再放開(kāi)滑塊，記錄滑塊通過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間t1和通過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間t2，若彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，則要驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為：；

D． 改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟C，求得滑塊在不同合力作用下的動(dòng)能變化量ΔEk。

(2) 對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是( )。

A． 滑塊的加速度與鉤碼的加速度大小相等

B． 彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為滑塊所受合外力

C． 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鉤碼處于超重狀態(tài)

D． 鉤碼的總質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量M

用“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中的實(shí)驗(yàn)器材還可以設(shè)計(jì)測(cè)定物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)利用自由落體運(yùn)動(dòng)探究功和動(dòng)能關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)研究小車(chē)以不同的初速度沿粗糙水平面滑動(dòng)的距離，得出小車(chē)的初動(dòng)能大小與克服摩擦力做功的情況，以驗(yàn)證動(dòng)能定理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)原型的創(chuàng)新拓展，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)氣墊導(dǎo)軌、光電門(mén)、光電計(jì)時(shí)器、力傳感器等實(shí)驗(yàn)器材使用方法的領(lǐng)會(huì)和掌握，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材的使用能力有重要作用。

2 一“理”多用，提高學(xué)生物理原理的應(yīng)用能力

一“理”多用是指將教材中某個(gè)實(shí)驗(yàn)的物理原理運(yùn)用于多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，可將不同的物理實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理這條主線串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí)。因此,在復(fù)習(xí)教材中實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要墨守成規(guī)，可通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，讓學(xué)生進(jìn)行拓展創(chuàng)新，從而獲得成功的體驗(yàn)和提高應(yīng)用物理原理的能力。

“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”是一個(gè)內(nèi)涵豐富的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，從合力與分力等效的思想和平行四邊形定則出發(fā)，通過(guò)變換實(shí)驗(yàn)器材和變化合力與分力的獲得方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新，提高學(xué)生應(yīng)用物理原理的能力。

圖2

如圖2所示，通過(guò)變換實(shí)驗(yàn)器材可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，變化合力與分力的獲得方法，可以將彈簧測(cè)力計(jì)顯示分力轉(zhuǎn)換為用鉤碼所受的重力來(lái)表示分力，將彈簧測(cè)力計(jì)顯示合力轉(zhuǎn)換為用重物或鉤碼所受的重力來(lái)表示合力。

3 一“法”多用，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)方法的遷移能力

一“法”多用是指將高中物理教材中某個(gè)實(shí)驗(yàn)方法運(yùn)用于多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將不同的物理實(shí)驗(yàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法這條主線串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí)。一“法”多用式的實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題復(fù)習(xí)，既強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的領(lǐng)會(huì)和掌握，又提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)方法的遷移能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ζ鹬匾饔谩?/p>

在“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中，合力與分力是一種等效替代的關(guān)系，等效法是該實(shí)驗(yàn)的基本思想方法，是指從事物間的效果相同出發(fā)，把實(shí)際復(fù)雜的現(xiàn)象、過(guò)程或問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象、過(guò)程或問(wèn)題來(lái)研究和處理的方法。

“測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”是高中物理中重要的實(shí)驗(yàn)之一，由于電表的內(nèi)阻導(dǎo)致采用圖3和圖4電路接法均存在系統(tǒng)誤差，分析該實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)誤差是此實(shí)驗(yàn)的教學(xué)難點(diǎn)，用等效法進(jìn)行分析，既簡(jiǎn)單方便又易于理解。

圖3

圖4

對(duì)于圖4的測(cè)量電路，可以把電源和電流表看成一個(gè)整體，等效為一個(gè)電源。電壓表測(cè)得的電壓就是等效電源的路端電壓，電流表測(cè)得的電流就是通過(guò)等效電源的電流，等效電源的電動(dòng)勢(shì)相當(dāng)于開(kāi)路時(shí)的路端電壓，也就是這個(gè)電源本身的電動(dòng)勢(shì)，等效電源的內(nèi)電阻就是電源內(nèi)阻和電流表的電阻之和，即：E′=E,r′=r+RA。

4 一“題”多用，提高學(xué)生的分析能力

一“題”多用是指將物理教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)、章節(jié)練習(xí)實(shí)驗(yàn)題等進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩鄦?wèn)、多變，以此衍變出多個(gè)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。從一“題”多用的思路出發(fā)，將實(shí)驗(yàn)題從不同的角度、不同的側(cè)面以及用不同的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行合理的改造、改編、加工等，形成問(wèn)題串進(jìn)行專(zhuān)題復(fù)習(xí)，以此達(dá)到不同的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)效果。一“題”多用式的實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題復(fù)習(xí)，既強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析方法的領(lǐng)會(huì)和掌握，又提高了學(xué)生的分析能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哂兄匾饬x。

如2018年全國(guó)卷Ⅲ中的一道實(shí)驗(yàn)題，甲、乙兩同學(xué)通過(guò)下面的實(shí)驗(yàn)測(cè)量人的反應(yīng)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

(1) 甲用兩個(gè)手指輕輕捏住量程為L(zhǎng)的木尺上端，讓木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準(zhǔn)備用手指夾住下落的尺。

(2) 甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子。若夾住尺子的位置刻度為L(zhǎng)1，重力加速度大小為g，則乙的反應(yīng)時(shí)間為(用L、L1和g表示)。

(3) 已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間=9.80m/s2，L=30.0cm，L1=10.4cm，乙的反應(yīng)時(shí)間為s。

(4) 寫(xiě)出一條提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確程度的建議。

這道高考題原型出自人教版必修1教材第45頁(yè)的“做一做”，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果能以此“做一做”為教學(xué)素材，并進(jìn)行如下的拓展：(1) 將刻度尺的“0刻度”置于下端和將刻度尺的“最大刻度”置于下端，在處理分析數(shù)據(jù)時(shí)有何區(qū)別？(2) 如何減小該實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差？結(jié)合自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的體會(huì)，提出有利于減小實(shí)驗(yàn)誤差的建議。針對(duì)物理教材中“做一做”實(shí)驗(yàn)問(wèn)題進(jìn)行一題多問(wèn)或一題多變，并加以分析，既鞏固和強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)理想模型的認(rèn)識(shí)，又使學(xué)生會(huì)應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題，既提高了學(xué)生對(duì)該問(wèn)題的分析能力，同時(shí)又貼近高考對(duì)實(shí)驗(yàn)考查的要求。

挖掘物理教材中的實(shí)驗(yàn)素材，做好實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)，充分體現(xiàn)了高考實(shí)驗(yàn)試題源于教材又高于教材的命題思想。因此，基于教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)、“問(wèn)題與練習(xí)”“做一做”等欄目實(shí)驗(yàn)，讓高考實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)回歸教材，從一“材”多用、一“理”多用、一“法”多用、一“題”多用四個(gè)方面，挖掘教材中各種實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的復(fù)習(xí)功能，對(duì)高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)將會(huì)起到事半功倍的作用。