從物理實驗的控制角度拓展實驗功能

物理實驗是高職物理教學(xué)的重要手段，是物理課堂教學(xué)的重要組成部分，其主要任務(wù)是使學(xué)生在獲得生動的感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，更好地理解和掌握物理概念和規(guī)律，同時培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析綜合能力及邏輯思維能力，還為學(xué)生實驗的正確操作起著示范的作用。但在實際進行實驗演示時，很多學(xué)生往往只是按部就班地完成了課本所提出的實驗功能，而沒有進一步地從實驗控制的角度去拓展思考，從而降低了演示實驗功能的拓展與發(fā)揮。本文主要介紹在高職物理實驗中，如何從實驗控制角度進一步拓展其功能。

1 加一加

例1 在許多精密的儀器中，如果需要較精確地調(diào)節(jié)某一電阻兩端的電壓，常常采用如圖1 所示的電路。通過2只滑動變阻器R1和R2對一阻值為500 Ω左右的電阻R0兩端電壓進行粗調(diào)和微調(diào)。已知2個滑動變阻器的最大阻值分別為200 Ω和10 Ω，關(guān)于滑動變阻器R1、R2的聯(lián)接關(guān)系和各自所起的作用，下列說法正確的是（ ）

A.取R1=200 Ω，R2=10 Ω，調(diào)節(jié)R1起粗調(diào)的作用

B.取R1=10 Ω，R2=200 Ω，調(diào)節(jié)R2起微調(diào)作用

C.取R1=200 Ω，R2=10 Ω，調(diào)節(jié)R2起粗調(diào)作用

D.取R1=10 Ω，R2=200 Ω，調(diào)節(jié)R1起微調(diào)作用

點評 本題的正確選項為A。學(xué)生在學(xué)了分壓式電路后，對分壓式電路的結(jié)構(gòu)與功能還不是非常的理解，通過此例中再加上一個分壓電路的方法，促使他們對分壓式電路的原理、控制、誤差大小分析等方面產(chǎn)生更深刻的理解。另外有一些演示實驗也可以通過添加實驗裝置或改變實驗控制的方法，來使學(xué)生能更加深刻地理解物理規(guī)律或原理。

2 減一減

例2 劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入2張紙片，從而在2塊玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄層。當(dāng)光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖3所示。干涉條紋有如下特點：⑴任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄層厚度相等；⑵任意相鄰明條紋或暗條紋所對應(yīng)的薄層厚度差相等。現(xiàn)若在圖2裝置

中抽去一張紙片，則當(dāng)光垂直入射到新的劈形空氣薄層后，從上往下觀察到的干涉條紋（）

A.變疏B.變密 C.不變 D.消失

點評 本題的正確選項為A。由于當(dāng)入射光的波長和劈形材料的折射率n不變時，相鄰的明條紋或暗條紋之間的間距l(xiāng)與劈尖頂角a的乘積為一常量，即la=λ/2n。當(dāng)抽去1張紙片時，劈形空氣薄層的頂角變小了，則產(chǎn)生的相鄰明條紋或暗條紋之間的距離將變大，即觀察到的干涉條紋變疏了。一些演示實驗可以通過減少實驗裝置中控制物件的方法，幫助學(xué)生分析實驗原理與實驗過程，加深對實驗原理的理解。類似減一減的實驗還有很多，如在驗證動量守恒定律的實驗中，可把小支柱拿走等。

3 擴一擴

例3 教材中演示運動的合成與分解的實驗如圖4所示。假設(shè)從某時刻t=0開始，紅臘塊在玻璃管內(nèi)每l s上升的距離都是10 cm； t=0開始， 玻璃管從靜止向右勻加速平移，加速度大小為10 cm/s2。試在圖5中定性畫出紅臘塊的運動軌跡。當(dāng)t=3 s時， 紅臘塊的位置坐標(biāo)是（）。

點評 本題答案(45 cm，30 cm)，圖略。一些演示實驗可在運動方式的控制上作一些改進，如“勻速”改為“加速”，“上升”變?yōu)椤跋侣洹保爸本€”改為“曲線”等，加深對物理規(guī)律的理解。本例中，課本上的演示實驗是控制為勻速運動，但在具體深入理解時，可從加速角度進行拓展，從而對運動的合成有更深入的理解。

4 比一比

學(xué)生在練習(xí)使用了一些實驗儀器或?qū)嶒灧椒ê螅梢詫λ鼈冏饕恍┍容^， 如用伏特計測量電壓與用靜電計測量電勢差的比較，打點計時器的使用與頻閃照片的比較等。通過比較，能使學(xué)生對所使用的儀器、儀表或?qū)嶒灧椒ㄓ懈羁痰睦斫狻Ｏ旅鎸Ψ乇砼c靜電計的原理與使用作一簡要比較。

例4 在如圖6所示的靜電實驗電路中，已知電容器的電容C1=C2=C，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，伏特表的內(nèi)阻為10 kΩ。當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，則( )

A.伏特計和靜電計上顯示的電勢差相等，都是E/2

B.伏特計顯示的電勢差比靜電計顯示的電勢差大些

C.靜電計顯示的電勢差為零

D.伏特計顯示的電勢差為零

點評 本題正確選項為D。在此例中，要記住伏特表測電壓時要求是通路，而靜電計測電壓時要求是斷路。由于伏特表兩端都是斷開的，因而示數(shù)為零，而靜電計兩端與電源相連，讀數(shù)為E。

5 變一變

例5 用圖7所示的裝置觀察光的反射和折射現(xiàn)象并測得玻璃的折射率。在光具盤的中央固定一塊半圓形的玻璃磚，使二者的圓心重合。讓激光束從玻璃磚的圓弧面一側(cè)入射，光線垂直且經(jīng)過圓柱的軸線，經(jīng)過玻璃磚方向不變，記下入射光束在光具盤上對應(yīng)位置的刻度，在入射光束不變的情況下，以圓柱的軸線為軸，有兩束光同時在光具盤上移動，當(dāng)光具盤轉(zhuǎn)過θ時，發(fā)現(xiàn)其中一束光剛好消失，則玻璃的折射率為n=（）。

點評 本題答案l /sinθ。許多演示實驗可以從實驗方法、實驗器材、實驗原理等方面作一些改進，使實驗素材更加豐富。在課本中測玻璃折射率時，采用的是平行玻璃磚，但從實驗原理上來看，不管采用哪種形狀材料，如半圓形的、圓柱體的、三棱鏡形的等等，都基于同一實驗原理。從這一角度去拓展與思考，可為學(xué)生提供更為寬闊的思維平臺。

6 學(xué)一學(xué)

例6 理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)想了一個理想實驗。其中有一個經(jīng)驗事實，其余是推論，如圖8所示。

⑴減小第2個斜面傾角，小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來的高度

⑵2個對接的斜面，讓靜止的小球沿1個斜面滾下，小球?qū)L上另1個斜面

⑶如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度

⑷繼續(xù)減小第2個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持續(xù)的勻速運動

請將上述理想實驗的設(shè)想步驟按照正確的順序排列（只要寫序號即可）。在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論。下列事實和推論的分類正確的是（）

A.⑴是事實，⑵⑶⑷是推論

B.⑵是事實，⑴⑶⑷是推論

C.⑶是事實，⑴⑵⑷是推論

D.⑷是事實，⑴⑵⑶是推論

點評 本題正確的順序排列為⑵⑶⑴⑷；關(guān)于事實和推論的分類正確的是B。科學(xué)思維和科學(xué)方法是認(rèn)識世界的基本手段。在研究和解決問題過程中，不僅需要相應(yīng)的知識，還要注意運用科學(xué)方法。在進行物理實驗演示時，不光要對實驗所涉及到的物理知識進行講述，更要注意引導(dǎo)學(xué)生從實驗思維與科學(xué)方法上進行思考與總結(jié)。這樣，在利用演示實驗進行課堂教學(xué)時，才真正挖掘出物理學(xué)實驗的教學(xué)功能。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”