“3+3”高考背景下高三物理實驗專題復(fù)習(xí)策略的研究
——以力學(xué)DIS實驗部分為例

郭樂峰 黃 敏

(上海市盧灣高級中學(xué) 上海 200023)

(收稿日期：2018-03-29)

1 引言

2014年上海市進行了高考改革，將“3+1”的高考模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+3”，學(xué)生有了更多的選擇權(quán)；選考科目組合的多元，在鼓勵學(xué)生全面發(fā)展的同時，也在引導(dǎo)著他們結(jié)合自身情況和個性特長，做好生涯規(guī)劃；高考改革的深入，為中學(xué)推進素質(zhì)教育和高校科學(xué)選拔人才搭建了更好的橋梁．高校諸多專業(yè)對物理學(xué)科要求占比是最高的．這是因為高中物理不僅肩負(fù)著普及科學(xué)知識的重任，而且還承擔(dān)著提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重任．

新課改后，高中物理知識的容量并沒有顯著減少，然而課時卻進行了壓縮，高三一周只有4節(jié)物理課，而物理等級考在5月初就要考試，相比以往提前1個月的時間．筆者根據(jù)新課改后高三的一年教學(xué)親歷，發(fā)現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)在物理課時第一學(xué)期第一輪復(fù)習(xí)就沒有復(fù)習(xí)完，其他學(xué)校也是這種情況．因此在高三第一次模擬測試中，第六章氣體，第十一章光的本性，第十二章原子與宇宙都沒有進行考查．第二學(xué)期第一個月第一輪復(fù)習(xí)才結(jié)束，距離等級考試已不足兩個月的時間，如何在如此緊張的課時中對實驗專題進行有效的復(fù)習(xí)，是每一個物理教師都需要思考的問題，筆者與物理組教師以及區(qū)教研員溝通交流過后，有以下幾點的思考和想法，就以力學(xué)DIS實驗部分為例，對高中物理實驗專題的復(fù)習(xí)提出自己的見解和看法．

2 知識概述

高中物理實驗主要包含力學(xué)實驗、熱學(xué)實驗和電學(xué)實驗，實驗題即可以是一種獨立的題型，又可能以選擇題、填空題或綜合題的形式出現(xiàn)．主要考查兩方面的內(nèi)容：

(1)考查學(xué)生正確使用儀器的能力及對實驗方法和原理的理解；

(2)考查學(xué)生觀察分析實驗現(xiàn)象，歸納處理實驗數(shù)據(jù)和解決問題，排除故障等科學(xué)探究能力．

力學(xué)實驗題側(cè)重考查學(xué)生一些常規(guī)的實驗，包含：

(1)基本實驗儀器的使用、實驗原理和測量方法的理解、實驗條件的控制；

(2)實驗過程及注意事項；

(3)實驗結(jié)果的處理以及誤差分析．

實驗題無論如何考查，其原理和方法都離不開教材的實驗，考試時應(yīng)根據(jù)考題，思考學(xué)習(xí)過的類似實驗，以實驗?zāi)康臑樽ナ郑瑖@實驗原理，操作過程，實驗結(jié)果及誤差分析等環(huán)節(jié)，來尋找突破口．

3 備考實驗

力學(xué)DIS實驗中，主要根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘韥磉x用位移傳感器、光電門傳感器以及力傳感器，來完成不同的實驗項目，如圖1所示．因此對于每位學(xué)生來說，關(guān)鍵就在于對傳感器的原理及使用的理解和掌握，因此復(fù)習(xí)時，首先對各個傳感器工作原理和使用的注意事項進行歸類講解，然后再以傳感器的主線來復(fù)習(xí)各個實驗內(nèi)容，提高復(fù)習(xí)的效率．

圖1 力學(xué)DIS實驗復(fù)習(xí)導(dǎo)圖

4 復(fù)習(xí)策略

4.1 對傳感器的原理及使用的復(fù)習(xí)

首先在課堂上給學(xué)生展示3種不同的傳感器，讓學(xué)生辨別出傳感器的名稱，并根據(jù)傳感器的構(gòu)造來描述各個傳感器的工作原理，并且在使用過程的注意事項，如圖2所示．然后引導(dǎo)學(xué)生說出，利用該傳感器可以完成高中物理中哪些實驗，并對其進行歸類整理如表1所示．

圖2 傳感器的工作原理及注意事項

傳感器名稱相關(guān)的實驗位移傳感器1.用DIS測定位移和速度2.用DIS測定加速度3.用DIS研究加速度與力的關(guān)系,加速度與質(zhì)量的關(guān)系光電門傳感器1.測變速直線運動的瞬時速度2.用DIS研究機械能守恒定律3.用單擺測定重力加速度(DIS法)力傳感器1.用DIS驗證牛頓第三定律(演示)

【例1】傳感器的工作原理

(1)位移傳感器測距原理

位移傳感器由________和________組成，位移傳感器發(fā)射器按照一定的時間間隔發(fā)射________，同時還發(fā)射相應(yīng)的紅外線信號．位移傳感器的接收器接收到________時開始計時，接收到________時停止計時．由于紅外線的傳播速度為光速，近距離內(nèi)傳播時間可忽略不計，故可認(rèn)為位移傳感器收到紅外線的時間等同于________________,位移傳感器把接收器記錄的時間乘以________就得到發(fā)射器和接收器之間的距離．

參考答案：發(fā)射器，接收器，超聲波，紅外線信號，超聲波信號，發(fā)射器發(fā)射紅外線的時刻，聲速.

(2)光電門傳感器的工作原理

光電門的門式結(jié)構(gòu)，如圖3所示，A管發(fā)射紅外線，B管接收紅外線．A，B之間無遮擋物時，電路斷開；有物體擋光時，電路接通．計算機根據(jù)擋光物的________和擋光________，自動算出物體的運行速度．當(dāng)擋光片的寬度逐漸減小時，測得的速度值越來越趨近于小車經(jīng)過光電門所在位置的________．

圖3 光電門

參考答案：寬度，時間，瞬時速度.

4.2 傳感器對應(yīng)物理實驗的復(fù)習(xí)

讓同學(xué)思考：利用這些傳感器可以用來做哪些實驗?zāi)兀?/p>

【例2】傳感器的使用

(1)“用DIS研究變速直線運動位移和時間的關(guān)系”時，將位移傳感器的________部分固定在小車上，________部分固定在軌道右端，并將它與________相連．

參考答案：發(fā)射器，接收器，數(shù)據(jù)采集器.

(2)在“用DIS探究牛頓第二定律”的實驗中,圖4是本實驗的裝置圖，實驗采用的是位移傳感器，其發(fā)射部分是圖中的________，與數(shù)據(jù)采集器連接的是________部分．(填①或②)

參考答案：①，②.

圖4 探究牛頓第二定律實驗裝置

(3)如圖5所示是“用光電門傳感器測定小車瞬時速度”的情境，某同學(xué)采用不同的擋光片做了3次實驗，研究小車經(jīng)過光電門的瞬時速度，并對測量精確度加以比較．

圖5 用光電門傳感器測定小車瞬時速度

1)每次釋放小車的位置應(yīng)當(dāng)____________;

2)測量的是小車前端P抵達(dá)________點(選填a，b或c)時的瞬時速度．(a，c間距恰好等于小車的長度)

3)若每次小車從相同位置釋放，記錄數(shù)據(jù)如表2所示，那么測得瞬時速度較精確的值為________m/s．

表2 實驗數(shù)據(jù)

參考答案：相同，c，1.90.

(4)在用“單擺測重力加速度”的實驗中：

某同學(xué)嘗試用DIS測量周期．在單擺下方放置一個光電門傳感器，其軸線恰好位于單擺懸掛點正下方．圖中光電門傳感器的引出端A應(yīng)接到__________．使單擺做小角度擺動，當(dāng)速度最大時，擺球位于__________．

圖6 光電門傳感器引出端

參考答案：數(shù)據(jù)采集器，最低點或平衡位置.

4.3 對實驗過程及注意事項的復(fù)習(xí)

【例3】如圖7所示為“用DIS研究機械能守恒定律”的實驗裝置．下列步驟中正確的是( )

A.讓擺錘自然下垂，以擺線為基準(zhǔn)，調(diào)整標(biāo)尺盤的放置位置，使標(biāo)尺盤上的豎直線與擺線平行

B.將擺錘置于釋放器內(nèi)并對釋放桿進行伸縮調(diào)整，使擺錘的系線松弛一點以方便釋放擺錘

C.調(diào)整光電門的位置，使光電門的接收孔與測量點位于同一水平面內(nèi)

D.將釋放器先后置于A，B，C點，將光電門置于標(biāo)尺盤的D點，分別測量釋放器內(nèi)的擺錘由A，B，C3點靜止釋放擺到D點的勢能和動能

圖7 研究機械能守恒定律實驗裝置

參考答案：A,C.

【例4】在用“單擺測重力加速度”的實驗中：下面所給器材中，選用哪些器材較好，請把所選用器材前的字母依次填寫在題后的橫線上．

A．長1 m左右的細(xì)線

B．長30 cm左右的細(xì)線

C．直徑2 cm的鉛球

D．直徑2 cm的鋁球

E．停表

F．時鐘

G．分度值是厘米的直尺

H．分度值是毫米的直尺

1)所選用的器材是____________________．

2)實驗時對擺線偏離豎直線的偏角要求是____________并且要讓單擺在____________平面內(nèi)擺動．

參考答案： 1)A,C,E,H；

2)小于5°，同一豎直.

4.4 對實驗結(jié)果的處理及誤差分析

【例5】用DIS研究物體運動的s-t圖，如圖8所示，可知小車的運動方向是________(填“靠近”可“遠(yuǎn)離”)傳感器的固定部分，1.0 s時小車離初始計時點距離為________m．

圖8 s-t圖

參考答案：靠近，0.2.

【例6】在“用DIS實驗研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，測得了如表3所示的5組數(shù)據(jù).

表3 測得的實驗數(shù)據(jù)

(1)根據(jù)上述數(shù)據(jù)在坐標(biāo)平面上畫出對應(yīng)的數(shù)據(jù)點，然后做出a-m的關(guān)系圖像；

(2)為進一步確定加速度與質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)畫a-________圖像,并在圖9(b)中做出該圖像；

圖9 畫圖

(3)本實驗得出的結(jié)論是________________________________

參考答案：1)：略；2)：1/m；3)：物體所受的外力一定時，加速度大小與質(zhì)量成反比．

【例7】在用單擺測重力加速度的實驗中：

(1)某同學(xué)測出不同擺長時對應(yīng)的周期T，作出L-T2圖線，如圖10所示，再利用圖線上任意兩點A,B的坐標(biāo)(x1,y1)、(x2,y2)，可求得g=________．

圖10 L-T2圖線

(2)若該同學(xué)測量擺長時漏加了小球半徑，而其他測量、計算均無誤，則以上述方法算得的g值與沒有漏加小球半徑算得的g′值相比是g________g′(選填“大于”、“小于”或“等于”)．

【例8】“用DIS研究機械能守恒定律”：某組同學(xué)在一次實驗中，選擇DIS以圖像方式顯示實驗的結(jié)果，如圖11所示．圖像的橫軸表示小球距D點的高度h，縱軸表示擺球的重力勢能Ep，動能Ek或機械能E．

圖11 實驗結(jié)果

試回答圖像中，表示小球的重力勢能Ep,動能Ek，機械能E隨小球距D點的高度h變化關(guān)系的圖線分別是____________(按順序填寫相應(yīng)圖線所對應(yīng)的文字)．

參考答案：乙，丙，甲.

5 結(jié)語

試題的作用，是對學(xué)生的能力和知識水平提供客觀、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的度量[1]．實驗題的作用亦然，教師在高三有限的復(fù)習(xí)時間內(nèi)應(yīng)重視實驗題進行分析和歸類，通過對學(xué)生系統(tǒng)的訓(xùn)練無疑是可以提高復(fù)習(xí)的效率，進而提高學(xué)生的成績．但萬變不離其宗，實驗題只是對學(xué)生基礎(chǔ)知識、基本能力的考查，不能忽視學(xué)生對教材中的基本原理、定律的基礎(chǔ)知識的教育．笛卡爾曾說過，最有價值的知識是關(guān)于方法的知識[2]．

本文分析實驗題、并對實驗題進行分類的目的，就是通過運用物理學(xué)科的思想方法來研究它，使學(xué)生掌握物理學(xué)科的基礎(chǔ)知識和基本思維方法，不斷增強分析問題和解決問題的能力．