王謝有

(甘肅省禮縣一中 742200)

高中物理學(xué)科對學(xué)生的思維能力要求很高，很多高中物理概念需要學(xué)生通過實驗進(jìn)行解析和總結(jié)，才能將抽象的概念與形象的具體實驗現(xiàn)象聯(lián)系起來，深入理解物理知識的內(nèi)涵，掌握物理本質(zhì)規(guī)律.下面本文以高中力學(xué)主要實驗“驗證機(jī)械能守恒定律”為例，對高中物理力學(xué)實驗進(jìn)行解析與總結(jié).

一、基于教材，實驗解析

1.實驗存在的問題

研究機(jī)械能守恒定律可以讓學(xué)生通過實驗更好地掌握機(jī)械能守恒定律，并能夠運用實驗結(jié)論進(jìn)行有關(guān)物理問題的分析和解決，從而提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效率.在教材中，該實驗通過物體的自由落體運動帶動紙帶打點，來測量物體的速度和位移，從而驗證物體重力勢能與物體動能的轉(zhuǎn)化關(guān)系.然而在學(xué)生實際實驗的過程中，還是與教材中的實驗存在一定偏差，主要表現(xiàn)為：學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的測量和處理很難準(zhǔn)確，實驗誤差大；學(xué)生對實驗現(xiàn)象表述繁瑣且不準(zhǔn)確；不能計算得出機(jī)械能的具體數(shù)值，說服力不強.教材中還對其進(jìn)行說明，實驗不需要計算出具體數(shù)值，因而對物體質(zhì)量用m代替，這就使得實驗中帶有m這個字母未知量，這讓學(xué)生較難真正理解機(jī)械能守恒定律.因此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對實驗進(jìn)行改進(jìn)和總結(jié)，讓學(xué)生能夠通過計算和推導(dǎo)，總結(jié)出機(jī)械能守恒的規(guī)律，掌握物理實驗背后的本質(zhì).

2.實驗原理解析

圖1

二、實驗操作，分析總結(jié)

1.實驗過程分析

在實驗原理解析的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實際操作，對實驗過程進(jìn)行分析：(1)將實驗器材依次進(jìn)行安裝、調(diào)試，讓小球和光電門處于同一豎直線上；(2)接通數(shù)字計時器，對擋光時間進(jìn)行記錄，測量光電門在標(biāo)尺上所在的高度；(3)移動光電門的位置，記錄多組數(shù)據(jù)；(4)計算ΔEp和ΔEk，并進(jìn)行比較，得出結(jié)論.與以往使用打點計時器完成實驗相比，改進(jìn)后的實驗操作更加的簡單，實驗現(xiàn)象也更加明顯，學(xué)生通過具體的數(shù)值進(jìn)行分析和對比，更有利于學(xué)生深入理解機(jī)械能守恒定律的本質(zhì)，從而提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?、操作能力和理解能?

2.實驗過程中需要注意的事項

通過學(xué)生的實際操作，對實驗中需要注意的事項進(jìn)行總結(jié)，以便更好地優(yōu)化實驗效果.(1)所選物體重量一定要重一些，這樣物體的下落過程更接近于自由落體運動；(2)測量中小球下落的位置h時讀數(shù)要盡量精確.(3)本實驗中物體下落過程中存在一定的阻力作用，因此實際測量的動能增加量ΔEk會略小于勢能減少量ΔEp，這個屬于系統(tǒng)誤差，是不可避免的；(4)在實驗裝置調(diào)試的時候，一定要讓小球，兩個光電門處于同一豎直線上，保證小球在通過光電門的時候不能碰到光電門；(5)保證標(biāo)尺豎直，與小球下落的路徑平行，減小實驗誤差.(6)重力加速度可以使用g=9.8 m/s2，小球質(zhì)量可以選取易于計算的值，比如0.1 kg.

3.數(shù)據(jù)處理

4.誤差分析

本實驗的系統(tǒng)誤差主要是，小球在下落過程中所受到的阻力，導(dǎo)致計算出來的小球減小的勢能ΔEp要大于小球增加的動能ΔEk.小球的瞬時速度采用小球通過光電門的平均速度，實際的測量數(shù)值和理想數(shù)值還有一定的差距.

總而言之，在高中物理實驗解析和總結(jié)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識對實驗進(jìn)行分析，掌握實驗的原理，并能夠提出實驗假設(shè)，運用物理方法進(jìn)行實驗設(shè)計和探究，并對實驗步驟、方法、現(xiàn)象、誤差以及數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行分析和總結(jié)，這樣不僅可以更好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，同時也有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ嵘龑W(xué)生的物理核心素養(yǎng).