高三物理力學實驗復習的邏輯化處理策略

方宇軍

摘要：力學實驗是每年高考必考的內容之一。本文以實驗《探究加速度與力、質量的關系》的復習為例，從實驗目的、原理、操作、方案、數據處理和分析、拓展與創新等方面探討高三力學實驗復習教學設計的邏輯化處理策略。

關鍵詞：力學實驗復習；邏輯化處理；高三物理

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）06-0101

高考中對力學實驗考題的設計往往來源于課本實驗又不拘泥于課本實驗。在高考復習的教學設計中，需要教師根據教學內容和學生實際進行邏輯化的處理，從而達到比較理想的復習效果。

所謂邏輯，就是指規律，包括思維規律和事物的因果規律。而物理知識之間都是有內在邏輯關系的，知識的形成、學生的認知也是有規律的。復習的邏輯化就是要整合這些關系和規律，使實驗復習流程具有合理性、連貫性和邏輯性。本文從力學實驗復習的教學設計來探討邏輯化處理策略。

《探究加速度與力、質量的關系》是人教版高中物理必修1教材中的一節典型的探究性實驗課。它在高中力學實驗中具有舉足輕重的地位，它的實驗思路、數據處理方式、器材等是力學實驗的基礎和核心。本節復習課，不僅要讓學生獲得對探究加速度與力、質量關系進一步認識，而且還要讓學生能夠舉一反三，進行拓展和創新。以下是根據邏輯化處理策略，對本節復習課設計的邏輯順序。

一、弄清實驗目的

弄清實驗目的要包含以下幾個方面：一是“探究加速度與力、質量的關系”的具體含義是什么；二是該實驗的方法——控制變量法。

這一環節是讓學生明白本實驗包含兩個方面的實驗，一是保持質量不變，探究加速度與力的關系是否成正比；二是保持力不變，探究加速度與質量的關系是否成反比。從認識規律的次序上講，只有明確了“想達到什么目的”，才能根據所要達到的目的來思考如何設計實驗、操作實驗。

二、理解實驗設計的思路和原理

根據實驗的目的，要思考如何去設計實驗：一是設計一個什么樣的運動，如何設計？二是要測量哪些數據，這些數據如何測量，如何記錄，怎樣處理數據。

該環節不僅是要讓學生明確要測量哪些數據，而且設計出記錄數據的表格，因為設計表格的過程就是學生思維的過程。數據處理中要讓學生理解為什么要通過不斷改變縱、橫軸的意義，最終擬合成一條直線。

三、理解教材上案例，并且能對比已知的方案，做出合理的評價

教材上的案例一（如圖1所示）控制兩輛小車同時運動和靜止，測量出它們在相同時間里的位移之比，從而得出其加速度之比。

教材上的案例二（如圖2所示）讓一個小車從靜止開始運動，通過打點計時器和紙帶，運用逐差法測出小車運動的加速度。

兩個案例的比較：1. 兩個實驗方案是否都要平衡摩擦力？為什么？2. 繩對小車的拉力是否等于所掛的砝碼與砝碼盤的總重力？如何減小實驗的誤差？3. 兩種實驗案例的優缺點各有哪些？

該環節促使學生思考理解實驗的具體操作中的理論依據，一方面使學生能對不同的實驗方案做出合理的選擇，另一方面為實驗的改進、拓展和創新奠定了基礎。

四、對實驗的改進、拓展和創新

在學生對教學實驗掌握的基礎上，通過具體的實驗案例引導學生分析對該實驗的改進。

1. 采用氣墊導軌來減小摩擦阻力的影響，并且用光電門來測量速度，進而計算出加速度

如圖3所示為氣墊導軌裝置其中G1、G2為兩個光電門，它們與數字計時器相連，當滑塊通過G1、G2光電門時，光束被遮擋的時間Δt1、Δt2都可以被測量并記錄.滑塊連同上面固定的一條形擋光片的總質量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質量為m。

該實驗中，由于滑塊與導軌之間有一個空氣薄膜，所以滑塊受到的摩擦力極小，導軌只需水平放置即可，為了檢查導軌是否水平，可以在不掛砝碼時，推動滑塊后，看滑塊經過兩個光電門的時間是否相等，若相等則表明導軌已經調節水平。加速度a=■（■-■）。

2. 巧妙設定實驗步驟，解決繩子的拉力小于所掛砝碼和砝碼盤總重力這一問題引起的誤差

（上接第101頁）

如圖4所示：設計出如下的實驗方案，實驗步驟如下：

A. 按圖中所示安裝好實驗裝置。

B. 調節長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速直線運動。

C. 取下細繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質量m。

D. 將小車置于打點計時器旁，先接通電源，再放開小車，打出一條紙帶，由紙帶求得小車的加速度a。

E. 重新掛上細繩和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼的質量，重復B—D步驟，求得小車在不同合外力F作用下的加速度。

該實驗中，當掛上砝碼時，由于小車是勻速下滑，所以無論砝碼和砝碼盤的總質量是否遠遠小于小車的質量，繩子對小車的拉力都等于砝碼和砝碼盤的總重力。當拿下砝碼和砝碼盤后，小車所受到的外力的合力就等于砝碼和砝碼盤的總重力。

當然，該實驗也有不足的地方，那就是每次改變所掛的砝碼質量，或者是每次改變小車的質量，都需要重新調節長木板的傾斜角，這樣一來既增加了實驗的繁瑣度，同時也會增加實驗的誤差。

3.轉變實驗數據處理的方式克服因繩子拉力小于所掛砝碼和砝碼盤總重力而引起的誤差

在教材案例二的實驗中，根據牛頓第二定律可以得知，繩的拉力F=■，結合F=Mg可知：（1）若圖像■-■能擬合成一條一次函數圖像，則表明加速度與力成正比；（2）若圖像圖像■-M能擬合成一條一次函數圖像，則表明加速度與質量成正比。

五、小結

本文展示了對“探究加速度與力、質量的關系”的邏輯化處理策略。復習時以教材案例和學生已有的認識為基礎，按照學生的認識過程整體規劃復習教學的邏輯層次。在以上案例的基礎上，還可以引導鼓勵學生提出更多的實驗方案，從而使學生真正達到深刻理解并能舉一反三的高度，這樣即使高考中對本實驗如何創新改變，都能立于不敗之地。這就是邏輯化的處理策略在高三實驗力學實驗復習中的具體應用。

總之，在新課學習中，學生獲得的知識往往是碎片化不成系統的，而高三復習的任務之一就是要是學生的知識形成網絡，將書由“厚”讀“薄”。而邏輯化的處理能最大限度地幫助學生形成知識網絡。當然，要達到這一點，教師在教學中首先要有邏輯化處理的意識，追求最佳的邏輯次序設計。其次要多學習，使自己的教育教學理論不斷豐富，這樣在教學實際中才能得心應手、游刃有余。

（作者單位：安徽省寧國市津河中學 242300）