让实验与解题形影不离

【摘 要】物理学以实验为基础，学物理以问题为中心。在教学中需要正确处理好实验与解题的关系：以实验促进解题，以解题助推实验，达到相依相伴，共同提高。

【关键词】中学物理 实验 解题

物理学以实验为基础，学物理以问题为中心。那么，通过物理试题来考查学生的实验能力，以及通过物理实验来促进学生解题能力的提高，从而让学生跳出题海，回归物理学习的本质，应该成为广大物理教育工作者深入研究的课题。

一、以实验促进解题

长期以来，高三物理复习过程中，教师鲜有坚持做物理实验的，这是因为高考不考实验操作。其实，这种理解是片面的，更是不负责任的。尽管高考不考实验操作，但是，物理学毕竟是以实验为基础的，如果学生的实验操作意识淡薄，动手能力不强，解决物理问题时往往是套套公式，很难做到理论联系实际。学生一旦面对新情境、新模型问题，常常束手无策。而高考试题中，这类问题并不少见，尤其是江苏试卷更加注重通过新的物理情境，加强对学生实验能力的考查。回顾近几年的高考，笔者发现，江苏试题不仅在实验题中突出了对学生实验能力的考查，非实验题对学生的动手操作的意识和实验能力也提出了较高的要求。

【例1】（2013年高考江苏卷第5题）水平面上，一白球与一静止的灰球碰撞，两球质量相等。碰撞过程的频闪照片如图1所示，据此可推断，碰撞过程中系统损失的动能约占碰撞前动能的（ ）

A.30% B.50%

C.70% D.90%

分析：表面看，碰撞问题属于选修3-5中的内容，应该放在选考部分。仔细分析，实际上该题并没有涉及动量的知识，只要比较碰撞前后的总动能就行了。问题是怎么比较呢？频闪照片上小球的两个相邻位置间的时间间隔相同，只要测出相邻两个位置间的距离，就可求出碰撞前后的速度，从而比较动能了。

解决该题的关键是考生必须要有动手测量长度的意识，而这一意识正是现在中学生所欠缺的，学生往往首先想到的是有什么公式可套。所以，该题具有良好的导向作用，有利于培养学生的实验意识和操作能力。用刻度尺分别测量碰撞前后黑白小球相邻两个位置间的距离，发现碰后均大于碰前白球的一半，所以动能损失应该小于50%，只有A答案可选。

【例2】（2013年高考江苏卷第14题）如图2所示，将小砝码置于桌面上的薄纸板上，用水平向右的拉力将纸板迅速抽出，砝码的移动很小，几乎观察不到，这就是大家熟悉的惯性演示实验。若砝码和纸板的质量分别为m1和m2，各接触面间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g，

（1）当纸板相对砝码运动时，求纸板所受摩擦力的大小；

（2）要使纸板相对砝码运动，求所需拉力的大小；

（3）本实验中，m1=0.5kg，m2=0.1kg，μ=0.2，砝码与纸板左端的距离d=0.1m，取g=10m/s2。若砝码移动的距离超过l=0.002m，人眼就能感知。为确保实验成功，纸板所需的拉力至少多大？

分析：在学习“惯性”时，教师常常在课堂上演示（或者让学生做）该实验，让学生观察到，只要抽动迅速，砝码的位移确实很小，也就是由于惯性的存在，物块将保持原来的静止状态。该题将定性观察拓展为定量计算，其命题导向十分明确：一是要重视物理学习过程中涉及的一些小实验，最好让学生动手做一做，以培养学生的操作意识和动手能力；二是要通过实验，让学生能够透过现象看到本质。不仅要能够定性分析实验现象，还要能够进行定量计算，关注实验的细节，以培养学生思维的缜密性。

考生在解决该问题时，常常由于对砝码的运动过程不够清晰，从而不能正确列出方程解题。如果有条件让考生再仔细观察一下这一实验，一定会受到很大启发，从而弄清这一过程，促进问题的解决。在考场上，考生能够观察到这一过程吗？能！如果考生有动手操作的意识，在考场上，可用橡皮代替砝码，垫纸板或者草稿纸代替薄纸板做一下该实验。当然，要观察清楚橡皮的运动过程，就要控制好拉出的速度。纸抽出太快，橡皮的移动确实很小，看不清如何移动；纸抽出太慢，则橡皮和纸一起运动；当纸抽出的速度恰当时，就能够清晰地看出橡皮在滑离纸后在桌面上继续滑动一段距离才停下。所以，要清晰地观察到这一过程，平时就要加强实验操作技能的训练。

在弄清砝码的运动过程后，再分析砝码、薄纸板在每一阶段的受力，求出加速度，通过速度、位移、时间的关系列出方程，解决问题。

由于均为滑动摩擦力，所以砝码对纸板的摩擦力f1=μm1g，桌面对纸板的摩擦力f2=μ（m1+m2）g，则纸板所受摩擦力为这两个摩擦力之和，即f=μ（2m1+m2）g。

可见，对一个简单的、定性的惯性演示实验的深入探究，不仅使考生能够更加深刻地理解动力学规律，而且能够进一步强化他们的实验探究意识，使他们认识到实验是解决物理问题的重要途径。

以上这类问题出现在江苏高考试卷上并不是偶然的，应该是朱正元先生所倡导的“瓶瓶罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”在新课程理念下高考命题改革的具体体现。如果我们的学生在高考考场上都具有强烈的实验操作意识，甚至能够进行实际操作的话，那么高考这一指挥棒必定能够更好地释放其正能量。尽管考场上能够进行的操作比较简单，但正是这些简单的操作才能够更好地揭示物理规律，朱老先生一直强调实验要“简单、明了”，应该也是这个道理吧。

二、以解题助推实验

做好物理实验无疑对解决物理问题具有良好的促进作用，根据牛顿第三定律，解决物理问题的过程，反过来也必将推动物理实验活动更广泛、更深入地开展。我们在物理教学中，要让学生认识到物理问题常常来源于生活，来源于实际应用。认识到物理问题都是有其实验基础的，从而将解决物理问题的过程转变为物理实验的设计、操作与数据处理的过程。近几年来，江苏高考物理试卷中的新情境、新模型均来自于实际生活中的真实问题，常常可以通过简单的实验来实现这一过程。

（1）若弹簧的劲度系数为k，求轻杆开始移动时弹簧的压缩量x；

（2）求为使装置安全工作，允许该小车撞击的最大速度vm；

（3）讨论在装置安全工作时，该小车弹回速度v′和撞击速度v的关系。

分析：2012年考生普遍认为该题是全卷难度最大的题，难在哪儿呢？难在考生对运动的过程理解不够清晰，受力和能量转化关系不够明确，从而不能正确理解题意。其实，考生可以通过分析示意图，想象该装置的模拟实验场景，甚至可以在考场上用文具创设一个情境来模拟这一过程，从而加深对题意的理解。

模拟实验可以这样进行：取出考试用水笔的笔芯和弹簧，将弹簧拉伸些，使弹簧露出笔尖，如图4所示。将笔芯放在桌面上，用手捏住笔芯，将一个小物块（可用圆规盒、橡皮等代替）以初速度v向笔芯运动。通过改变物块初速度的大小和手捏笔芯的作用力的大小来控制笔芯在物块的撞击下是否在指间滑动。

至此，基本能够体现该题的物理过程，通过实验，学生不难认识到：

如果物块的初速度较小，物块与弹簧撞击的过程中，弹簧的弹力始终小于笔芯和手指间的最大静摩擦力，笔芯不滑动。如果忽略物块与桌面的摩擦力，物块将弹簧压缩到最短的过程中，物块的动能转化为弹簧的弹性势能。

我们应该抓住高考命题改革的良好机遇，通过在分析这类典型高考题的过程中，运用实验的方法，还原真实的过程，在促进学生更好地理解物理问题的同时，有力地推动物理实验活动的开展，让实验与解题比翼双飞，形影不离。以苏派高考物理命题风格，推动苏派物理教学特色的形成，使物理教学回到以实验为基础的正确轨道上来。

（作者系江苏省特级教师、教授级高级教师，现为江苏省锡山高级中学教师）

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