中學物理幾種易混淆實驗類型探究

張航英

[摘? ?要]物理學是一門以實驗為基礎的研究事物之間規律的自然科學，掌握必要的實驗探究技能是學習物理的基礎要求。在中學物理實驗教學中如果能夠追本溯源，理清實驗脈絡，突破實驗中的易混淆點，無論是對提高學生學習物理的興趣，還是對幫助學生掌握探究事物之間規律的方法，都會起到重要作用。

[關鍵詞]實驗;易混淆點;原因分析;探究策略

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? ?[文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）30-0048-02

2011年，教育部制定的《九年義務教育物理課程標準》（以下簡稱《課標》）中指出：“義務教育階段的物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎課程，此階段的物理課程應該注重讓學生經歷實驗的探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高分析問題及解決問題的能力。”《2018年深圳市初中學業水平考試說明》中也明確指出：“加強對實驗科學探究能力的考察。”

無論是從物理學科的性質，還是初中學業水平考試要求來看，物理實驗都是學好物理必須突破的重要內容。然而在《課標》所要求的學生必須掌握的20個必做實驗中，存在許多易混淆、易犯錯的實驗，常常讓學生和教師頭疼不已。教師竭盡全力講解分析，學生多番練習，就是無法攻克問題，反復犯錯。本文就這些問題對初中必做的20個物理實驗中容易混淆的實驗做了整理歸納，并分類給出解決的建議。

一、因器材和實驗過程相似導致易混淆的實驗探究

（一）易混淆實驗

人教版物理課本第八章《運動和力》第一節演示實驗“阻力對物體運動的影響”和第十一章《功和機械能》第三節學生實驗“探究物體的動能跟哪些因素有關”，兩個實驗所用器材非常類似，實驗中都使用了斜面、小車、小球，且實驗過程都是讓小車或者小球從斜面滾下，然后通過比較距離得出最后結論。

（二）混淆原因分析

1.兩個實驗中都使用了斜面，然而對斜面的要求卻不相同。在“阻力對物體運動的影響”的實驗中要求：多次試驗相同的小車都從斜面同一高度滾下，并改變水平面粗糙程度。而在“探究物體的動能跟哪些因素有關”的實驗中則要求，不同的小球從斜面的不同高度滾下，水平面的粗糙程度保持不變。

2.實驗現象分析環節：兩個實驗都是觀察距離，但卻得出完全不同的結論。

以上兩點看起來相似卻又諸多不同，讓許多學生暈頭轉向，無所適從。

（三）易混淆點突破策略

既然混淆原因是因為實驗器材的類似而引起的，那么就應該從器材著手突破。教師應引導學生先明確實驗目的，再根據實驗目的去思考器材為實現目的而起到的作用。

在“阻力對物體運動的影響”的實驗中，要研究阻力對運動的影響，首先，要保證多次實驗最初，小車的運動狀態是相同的。如何保證？通過使小車從斜面同一高度由靜止滾下來實現初始運動狀態相同。其次，需要改變阻力的大小。用哪個器材來實現這種改變？答案是水平面。在壓力相同的情況下，通過改變水平面的粗糙程度來改變小車受到的阻力，所以要改變水平面的粗糙程度。

而在“探究物體的動能跟哪些因素有關”的實驗中，通過猜想將探究的因素鎖定為物體的質量和物體運動的速度兩個因素。本實驗中以小球為研究對象，要探究“小球的動能與小球質量的關系”，根據控制變量法的思想，就需要保持小球運動速度相同，改變小球的質量。所以實驗中，我們要求用兩個質量不同的小球，從同一斜面的同一高度處由靜止滾下，使其從水平面開始運動時的初速度相同。在探究“小球的動能與小球運動速度的關系”時，根據控制變量法的思想，則需要保持小球質量相同而速度不同。所以實驗中我們使用同一個小球，并讓小球從斜面的不同高度由靜止開始滾下，以改變小球的運動速度。至于對水平面粗糙程度的需求，則是為了直觀反映動能的大小。動能是一種能量，無法直觀看到。為了把小球所具有的動能量化直觀地展現出來，我們采取的方法是將動能用來“克服摩擦力做功”，通過做功多少來反映小球動能的大小。摩擦力做功的多少，跟摩擦力的大小有關，也跟物體沿摩擦力的方向移動的距離有關。當摩擦力大小相同時，可以通過物體移動距離的長短來反映克服摩擦力做功的多少，并進一步反映小球的動能大小。為了使摩擦力的大小相同，我們需要使水平面粗糙程度相同，并使壓力大小相同。而在實驗中，我們需要小球質量不同，這樣又使壓力無法相同，所以我們用小球撞擊同一個木塊，將小球的動能傳遞給木塊后再克服摩擦力做功，這樣就保證了壓力大小相同。這也是本實驗中為什么還要多使用一個木塊的原因。

通過以上根據實驗目的遞進式的層層分析，學生弄清了每一個器材的作用，就不容易混淆了。

二、因實驗設計思路類似導致易混淆的實驗探究

（一）易混淆實驗

“探究物體吸熱能力”和“探究電流熱效應與哪些因素有關”這兩個實驗中考經常會考的問題是“通過什么來反映物體吸收熱量的多少？”或者“通過什么來反映電流產生熱量的多少？”這是看似一樣，答案卻完全不同的兩個問題。

（二）混淆原因分析

在“探究物體吸熱能力”的實驗中，通過猜想鎖定的探究因素為“物體的質量”“物體升高的溫度”“物體的種類”，實驗過程中“通過比較加熱時間的長短”來反映物體吸收熱量的多少。而在“探究電流熱效應與哪些因素有關”的實驗中探究的因素為“電流大小”“通電時間”“電阻大小”，實驗過程中則是“通過比較被加熱物體升高的溫度”來反映電流產生熱量的多少。這兩個實驗中都有加熱時間和升高溫度，但一個是現象，一個是探究因素，學生很容易混淆。

（三）易混淆點突破策略

俗話說，“解鈴還須系鈴人”，要想分清這兩個實驗，就需要從實驗設計思路入手展開探究。

在“探究物體吸熱能力”的實驗中，通過讓吸收的熱量與加熱器放出的熱量建立相等的聯系（忽略散熱），從而“通過比較放出熱量的多少來反映吸收熱量的多少”。相同的電熱器，在相同的時間內放出的熱量相同，所以通過“加熱時間長短”便可反映“物體吸收熱量的多少”。

而在“探究電流熱效應與哪些因素有關”的實驗中，同樣是“通過讓吸收的熱量與加熱器放出的熱量建立相等的聯系（忽略散熱）”，不同的是“通過比較吸收熱量的多少來反映放出熱量的多少”。而吸收熱量的多少則與物質種類、物體質量和物體升高的溫度有關，在使物質種類、物體質量相同的情況下，只需要比較“物體升高的溫度”便可確定“物體吸收熱量的多少”，從而反映“電流放出熱量的多少”。

如果教師僅僅是引導學生進行了以上正面的分析“為什么要這樣”，那么還是會有一部分學生想不明白。如果教師再引導學生反面推理弄清楚“為什么不能那樣”，學生更能徹底地分清這兩個問題。為什么不可以在“探究物體吸熱能力”中用“升高的溫度”來反映“吸收熱量的多少”？因為吸收熱量的多少與物質種類、物體質量和物體升高的溫度三個因素有關，本實驗中雖然物體質量相同，但是物質種類不同，所以不能用比較升高溫度來確定吸收熱量的多少。而在“探究電流熱效應與哪些因素有關”中，電流大小和電阻大小不同，使得相同時間內產生的熱量不同，所以無法用加熱時間長短來反映電流產生熱量的多少。通過正反兩個方向對實驗原理進行分析，學生很容易就可以區分清楚。

三、因實驗方法多變導致易混淆的實驗探究

（一）易混淆實驗

“測定值電阻的阻值”是深圳中考考查的重要實驗，幾乎屬于必考實驗，且近幾年對此實驗的要求進一步提高，不僅要求學生掌握“伏安法測電阻”的常規測量方法，還要求學生能夠使用“安安法”或“伏伏法”等特殊測量方法。這極大地提高了實驗的復雜程度，使得實驗方法從一種演變為許多種，學生極易將多種方法混淆不清。

（二）混淆原因分析

用常規測量方法“伏安法”測量未知電阻的阻值（以下用RX代替），過程非常簡單。將電壓表與RX并聯，測量RX兩端的電壓;將電流表與RX串聯，測量通過RX的電流;再根據歐姆定律的變形式R=U/I計算得出RX的阻值。而當缺少電流表或者電壓表中的一個時，實驗過程便會復雜很多，通常情況下缺少其中一個電表時，實驗中會增加一個已知阻值的定值電阻（以下用R0代替）來替代所缺少的那個電表的作用。這樣實驗中有兩個定值電阻和一個電表，兩個電阻便涉及該串聯還是并聯的問題，還有這個電表應該放在哪個位置、測量哪個數據？這兩個問題組合起來有無數種答案，這便是學生易混淆的原因。

（三）易混淆點突破策略

要突破此點，首先我們要從眾多方法中抽離出來，回到問題的源頭“測電阻的阻值”，而根據歐姆定律的變形式R=U/I，需要測量被測電阻的電壓和電流兩個數據。當缺少一個電表時又增加了一個R0，那么這個R0的作用便是替代缺少電表。如果缺少電流表，則替代電流表，那我們就應該把這個R0當電流表使用，與被測電阻串聯。接下來我們的思考方向則應該是“如何通過R0得到電流？”根據歐姆定律I=U/R可知，只需用電壓表測量R0的電壓便可計算得到R0的電流，再根據串聯電路電流規律，便可得到RX的電流，問題便回到最初的常規軌跡上來了。如果缺少電壓表，則替代電壓表，那我們就應該把這個R0當電壓表使用，與被測電阻并聯。接下來我們的思考方向則應該是“如何通過R0得到電壓？”根據歐姆定律U=IR可知，只需用電流表測量R0的電流，便可計算得到R0的電壓。再根據并聯電路電壓規律，便可得到RX的電壓，這樣問題又回到最初的軌跡上且迎刃而解了。

物理物理，萬物之理！當我們追本溯源，回到問題的源頭，一切物理問題便會脈絡清晰，簡單明白。實驗探究如此，其他物理知識的學習亦是如此！

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 廖伯琴.九年義務教育物理課程標準（2011年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]? 周寅.初中物理易混淆實驗的歸納與反思[J].中學物理：初中版，2015（10）：58-59.

[3]? 趙靜.運用實驗突破中學物理教學難點的教學設計與實踐[D].濟南：山東師范大學，2015.

（責任編輯 黃? ?曉）