巧妙聯(lián)系習(xí)題與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

王志剛

（遵化市第三中學(xué)，河北 遵化 064200）

習(xí)題課是物理課堂教學(xué)的重要組成部分，它不僅讓學(xué)生鞏固了基礎(chǔ)知識(shí)，更主要的是教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，掌握解題的基本思路和技巧的能力。同時(shí)利用相關(guān)的習(xí)題適時(shí)引導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，既降低了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的難度，又培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維和實(shí)踐能力。

例1，見圖1。滑動(dòng)變阻器的最大阻值 R0＝10 Ω，開關(guān)閉合后，當(dāng)滑片滑到最左端的時(shí)，電壓表示數(shù)為 6 V，當(dāng)滑片滑到最右端的時(shí)，電壓表示數(shù)為4 V，求R1的阻值。

圖1

分析：開關(guān)閉合后，當(dāng)滑片滑到最左端的時(shí)，電路中只有R1，電壓表測(cè)電源電壓即U＝6 V；當(dāng)滑片滑到最右端的時(shí)，R0與R1串聯(lián)，此時(shí)電壓表測(cè)R1兩端電壓，即U1＝4 V。由串聯(lián)電路電壓關(guān)系知：R0兩端電壓U0＝U－U1＝6 V－4 V＝2 V。R0與R1串聯(lián)時(shí)，電路中的電流I＝I1＝I0＝U0/R0＝2 V/10 ?＝0.2 A，則 R1的阻值 R1＝U1/I1＝4 V/0.2 A＝20 ?。

這道題是電學(xué)部分較基礎(chǔ)的題，大多數(shù)學(xué)生都會(huì)做，為了引起學(xué)生的注意，可以做以下提示：大家知道用伏安法測(cè)電阻需要同時(shí)使用電壓表和電流表，而此題只有電壓表，R1的阻值得到了嗎？此題還借助了什么？

下面我們來(lái)看一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

［實(shí)驗(yàn)一］一個(gè)電源電壓未知且不變的電源，一只電壓表，一只已知最大阻值為 R0的滑動(dòng)變阻器，一只未知電阻 Rx，一只開關(guān)，導(dǎo)線若干。請(qǐng)你設(shè)計(jì)只需連接一次電路就能測(cè)出未知電阻阻值的方法，畫出電路圖，寫出主要步驟及表達(dá)式。（用直接測(cè)得的量和已知量來(lái)表示）

在電學(xué)部分，測(cè)待測(cè)電阻R的阻值是一個(gè)重要的內(nèi)容，其測(cè)量的實(shí)驗(yàn)原理是R＝U/I，也就是要找到待測(cè)電阻兩端的電壓和對(duì)應(yīng)的電流。通過(guò)對(duì)例1的講解，認(rèn)真聽講的學(xué)生很快就能通過(guò)例1畫出電路圖，教師及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生利用例1的思路進(jìn)行分析，逐步得到Rx表達(dá)式，這樣可以降低該設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的難度，會(huì)使大部分學(xué)生理解和掌握。按照例1圖的實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）按電路圖正確連接實(shí)物；

（2）當(dāng)滑片滑到最左端時(shí)，記下電壓表示數(shù)為U；

（3）當(dāng)滑片滑到最右端時(shí)，記下電壓表示數(shù)為Ux；

（4）計(jì)算 Rx表達(dá)式 Rx＝UxR0/（U－Ux）。

同時(shí)還可以進(jìn)一步激勵(lì)學(xué)生：想一想，利用實(shí)驗(yàn)中已給的器材還有其他的設(shè)計(jì)方法嗎？若不強(qiáng)調(diào)只連接一次那么還可以怎樣設(shè)計(jì)？學(xué)生回答正確要及時(shí)鼓勵(lì)，對(duì)有問(wèn)題的電路設(shè)計(jì)及時(shí)指出錯(cuò)誤所在，幫助學(xué)生消除疑惑，以獲得知識(shí)的真諦。

例2，一個(gè)空瓶的質(zhì)量是100 g，裝滿水后的總質(zhì)量為600 g，裝滿某種液體后的總質(zhì)量為500 g，則該液體的體積___cm3，該液體的密度___ g/cm3。

要應(yīng)用ρ＝m/v計(jì)算這種液體的密度，就應(yīng)準(zhǔn)確的找到液體的質(zhì)量和對(duì)應(yīng)的體積。同一容器分別裝滿不同的液體，所裝液體的體積應(yīng)該是相同的。所以應(yīng)先計(jì)算出水的體積，進(jìn)而得知液體的體積。即液體的體積V液＝V水＝m水/ρ水=（600 g－100 g）/1 g/cm3＝500 cm3。

液體密度ρ液＝m液/v液＝（500 g－100 g）/500 cm3＝0.8 g/cm3

下面我們來(lái)看一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

［實(shí)驗(yàn)二］小紅利用天平、兩個(gè)完全相同的燒杯、水（ρ水已知）、待測(cè)液體測(cè)量待測(cè)液體的密度。請(qǐng)你寫出她的實(shí)驗(yàn)步驟和待測(cè)液體的密度表達(dá)式（用直接測(cè)得的量和已知量來(lái)表示）。

通過(guò)例2的學(xué)習(xí)學(xué)生會(huì)很容易設(shè)計(jì)出該實(shí)驗(yàn)的步驟，但要注意強(qiáng)調(diào)在測(cè)量水或待測(cè)液體的總質(zhì)量時(shí)燒杯中應(yīng)裝滿。具體步驟如下：

（1）用調(diào)好的天平測(cè)出空燒杯的質(zhì)量m；

（2）用天平測(cè)出裝滿水時(shí)燒杯和水的總質(zhì)量m1；

（3）用天平測(cè)出裝滿待測(cè)液體時(shí)燒杯和待測(cè)液體的總質(zhì)量m2；

（4）計(jì)算待測(cè)液體的表達(dá)式ρ液＝（m2－m）ρ水/（m1－m）。

可以進(jìn)一步問(wèn)學(xué)生：若將天平、兩個(gè)完全相同的燒杯換成彈簧測(cè)力計(jì)和一帶蓋的空礦泉水瓶又該如何設(shè)計(jì)呢？同樣要注意強(qiáng)調(diào)在測(cè)量水或待測(cè)液體的總重力時(shí)礦泉水瓶中應(yīng)裝滿。具體步驟如下：

（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出空礦泉水瓶的重力G；

（2）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出裝滿水時(shí)礦泉水瓶和水的重力G1；

（3）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出裝滿待測(cè)液體時(shí)礦泉水瓶和待測(cè)液體的重力G2；

（4）計(jì)算待測(cè)液體的表達(dá)式ρ液＝（G2－G）ρ水/（G1－G）。

例3，用彈簧測(cè)力計(jì)在空氣中稱得一石塊重1 N，將石塊浸沒入水中后，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0.6 N，則石塊受到的浮力是___N，若將該石塊浸沒在某種液體中后，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0.4 N，則該液體的密度是___N。

此題計(jì)算石塊浸沒在水中受到的浮力大多數(shù)學(xué)生沒什么問(wèn)題，在計(jì)算液體密度時(shí)，要積極鼓勵(lì)學(xué)生踴躍發(fā)言，同時(shí)教師要因勢(shì)利導(dǎo)，最后需要教師再詳細(xì)講解。具體分析如下：

石塊浸沒在水中受到的浮力F浮＝G－F水＝1 N－0.6 N＝0.4 N要應(yīng)用ρ＝m/v計(jì)算這種液體的密度，此題中無(wú)法準(zhǔn)確的找到液體的質(zhì)量和對(duì)應(yīng)的體積。由題干中的已知條件來(lái)看，要利用石塊在水中和液體中受到的浮力來(lái)解決。

通過(guò)例3的學(xué)習(xí)我們來(lái)看一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

［實(shí)驗(yàn)三］小紅利用彈簧測(cè)力計(jì)、燒杯、石塊、細(xì)繩、和水（ρ水已知）測(cè)量酒精的密度，請(qǐng)寫出小紅的設(shè)計(jì)步驟和酒精密度的表達(dá)式（用直接測(cè)得的量和已知量來(lái)表示）。

通過(guò)例3的學(xué)習(xí)，學(xué)生較容易寫出該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)步驟。但文字?jǐn)⑹鲆恢笔菍W(xué)生較頭疼的問(wèn)題，所以要加強(qiáng)練習(xí)和規(guī)范。在本實(shí)驗(yàn)中要注重強(qiáng)調(diào)石塊要浸沒在水中和酒精中。具體步驟如下：

（1）細(xì)繩拴住石塊，并用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出石塊的重力G；

（2）將石塊浸沒在水中記下彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F1；

（3）將石塊浸沒在酒精中記下彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)F2；

（4）計(jì)算酒精密度的表達(dá)式ρ酒精＝（G－F酒）ρ水/（G－F水）。

僅以上述幾題為例，希望能拋磚引玉。單表測(cè)電阻，非常規(guī)測(cè)密度在習(xí)題中以小計(jì)算的形式出現(xiàn)并非經(jīng)常見到，這就需要平時(shí)教學(xué)注意歸納整理，有的小計(jì)算稍加改動(dòng)也可以達(dá)到此目的，通過(guò)這些習(xí)題適時(shí)開展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要比單純的講設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更能夠讓學(xué)生理解和掌握，不妨一試。