高中物理探究創新類實驗題賞析

【摘要】本文精選兩個對傳統實驗進行改進、創新和探究的典例，從優化實驗裝置、明確實驗目的、準確獲取實驗數據、減少實驗誤差、遵循實驗要求、正確選用實驗儀器、掌握和提高實驗技能等方面做初步探索.

【關鍵詞】高中物理；創新實驗；解題

在新高考中，實驗類題型由原來重視實驗過程操作的考查逐漸轉向對學生綜合素質的考查，在突出試驗的實踐性與綜合性的同時，側重考查學生的探究創新能力.探究創新類實驗已成為近年來高考物理試題中的一大亮點，所以在平時的學習和備考中要高度重視.

1力學類實驗

例1張鵬同學利用氣墊導軌設計了一個“驗證機械能守恒定律”的新實驗（如圖1），先在導軌旁邊固定一把與導軌平行的刻度尺，然后將一部手機固定在導軌上方，讓攝像頭正對著導軌，并開啟視頻錄像功能，邊調節導軌的傾斜角度θ（通過量角器量出），讓滑塊從導軌頂端靜止滑下，邊用手機記錄下滑塊做勻加速直線運動的全過程，最后回放錄像.以滑塊出發點為參考點，得到滑塊相對于該點的距離x和所用的時間t（通過手機讀取）數據，通過變換軌道的傾角θ，得到多組x、t值.（已知滑塊的質量為m＝0.5kg，g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，sin 53°＝ 0.8，結果保留兩位小數）

（1）=1*GB2*MERGEFORMAT當傾角θ=37°時，取x1=27.0cm，測得t1=0.3s，則滑塊在此過程中重力勢能的減少量為，動能的增加量為.

（2）=2*GB2*MERGEFORMAT當使θ＝53°時，取x2=98.0cm，測得t2=0.5s，滑塊在此過程中重力勢能的減少量為，動能的增加量為.根據以上數據可得出什么結論？

（3）=3*GB2*MERGEFORMAT張鵬通過推理發現可畫sinθ－1t2的圖象來驗證機械能是否守恒，結果他得到如圖2所示圖象，為什么該直線不經過原點？

解法賞析 （1）=1*GB2*MERGEFORMAT由題意可知，重力勢能的減少量為

ΔEp=mgh=mgx1sin37°=0.81J，

因為滑塊是做初速度為0的勻加速直線運動，當運動到x1=27.0cm處時速度為v1=2x1t1，所以動能的增加量為ΔEk=12mv21=0.81J.

（2）=2*GB2*MERGEFORMAT重力勢能的減少量為ΔEp′=mgx2sin53°=3.92J，滑塊運動到x2=98.0cm處時的速度為v2=2x2t2，動能增量為ΔE′k=12mv22≈3.84J，由以上數據可得出結論：只有重力做功時，在誤差允許的范圍內，物體的機械能守恒.

（3）=3*GB2*MERGEFORMAT當沒有外部阻力時，由mgxsinθ=12m2xt2得sinθ=2xgt2，圖2中的直線應該經過原點；當遇到外部空氣阻力時，由mgxsinθ－fx=12m2xt2得sinθ=2xgt2+fmg，這時該直線不經過原點.

點評本題側重考查了學生的理解、分析、信息加工、實驗操作、探究等綜合能力；運用手機、導軌、刻度尺等簡易的器材代替了傳統的“紙帶法”所用的鐵架臺、砝碼、電磁打點計時器等專用的實驗裝置，操作便捷，數據更準確，能夠激發學生的學習興趣.

2電類實驗

例2為了探究電容器在充電和放電過程中的各種變化情況，李敏同學先用一根導線接通電容器的兩極，觀察了電容器充、放電的過程，然后又比較了電容器的串、并聯情況.

（1）=1*GB2*MERGEFORMAT圍繞電容器的“通交隔直”特性，試探究電容器充放電的時間問題；

（2）=2*GB2*MERGEFORMAT如果把電容器串聯或并聯后對其充、放電過程有什么影響？將電容器串聯或并聯使用時各有什么好處？

解法賞析（1）=1*GB2*MERGEFORMAT假設電動勢為E的電源，不考慮其內阻，當用它通過電阻R向初值為0的電容器C充電時，電容器兩端的電壓為：初始電壓U0=0，充電結束時U1=E，則充電時間為t時，電容器上的電壓為：Ut=E×（λ－e－t/RC），可見電容器兩端的電壓Ut與時間呈指數關系變化（放電過程與充電過程類似），如圖3所示.在直流電路中，如果加在電容器兩端的電壓小于或等于電容器的耐壓值，那么當充電過程結束后，電容器相當于斷路，支路中沒有電流；但在交流電路中，電流的方向隨時間成一定的函數變化關系，而電容器充放電的過程是需要時間的，這時在極板間形成了變化的電場，而這個電場也是隨時間變化的函數.

（2）=2*GB2*MERGEFORMAT設電路兩端的電壓為U，當兩個電容C1與C2并聯時（如圖4），兩個電容器兩端的電壓相等，即U1=U2=U，根據電容的定義式C=QU，則C1=Q1U1=Q1U，C2=Q2U2=Q2U，那么C1+C2=Q1+Q2U，將并聯的兩個電容等效為一個電容C，根據C=QU，則有C=C1+C2，即并聯電路的總電容C等于兩支路電容之和.

設電路兩端的電壓為U，當兩個電容C1與C2串聯時（如圖5），因為兩個電容器極板所帶電量相等，即Q1=Q2=Q，根據電容的定義式C=QU，則C1=Q1U1=QU1，C2=Q2U2=QU2，那么1C1+1C2=U1+U2Q，將串聯的兩個電容等效為一個電容C，根據C=QU，則有1C=1C1+1C2，即串聯電路的總電容C的倒數等于兩支路電容倒數之和.

電容器并聯后，雖然其耐壓值沒有提高，但總電容增大了.電容器串聯后，總電容量減少了，但每個電容在一定程度上起到了分壓的效果，從整體來看，其耐壓值提高了.所以在實際應用中，為了達到最佳使用效果，應該適時調整電容器的串、并聯關系.

點評通過對電容器串聯與并聯使用的探究，引導學生自己動腦動手，通過嚴謹的理論推導，總結出電容器串、并聯的規律，學會利用已有知識分析和解決問題的思路與方法.

3結語

物理探究創新類實驗試題旨在考查學生的實驗探究能力.因此，在平時的實驗教學中，教師要鼓勵學生多動腦、勤動手，啟發學生通過親手實驗和適當的變式拓展訓練，學會從不同角度去理解、演繹、挖掘、創新，融會貫通，不斷提高分析問題、解決問題的能力.