| 创新型物理实验题的发展趋势与备考策略 |
| 作者 ：刘晓青1 阳美艳2 | | 更新时间：2012-11-12 |
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广西南丹县高级中学 邮编：547200
摘要：物理实验的考查，是高考物理试题的重头戏。高中物理新课程标准的实施，创新型物理实验，对学生综合运用知识，创造性地将实验器材、原理、方法重新组合，完成新的实验目的，对学生由“观察者”变为“探究者”，由“验证者”变为“发现者”起到重要的作用。
关键词：创新 实验 趋势 策略
物理实验的考查，是高考物理试题的重头戏。高中物理新课程标准的实施，创新型物理实验题，对学生综合运用知识，创造性地将实验器材、原理、方法重新组合，完成新的实验目的，对学生由“观察者”变为“探究者”，由“验证者”变为“发现者”起到了重要的作用。
一、实验原理与方法的迁移
实验原理是实验的核心,是实验的灵魂,实验方法、步骤、器材的选用、数据的处理都是从实验原理中派生出来。在设计和操作实验时，如何实现原理和方法的迁移，是创新实验题发展的趋势之一，也是对学生创新能力考查的一大亮点。
例题1、（2007南宁模拟）在一些实验中需要较准确地测量物体转过的角度，为此人们在这样的仪器上设计了一个可转动的圆盘，在圆盘的边缘标有刻度（称为主尺），圆盘外侧有一个固定不动的圆弧状的游标尺，如图1所示（图中画出了圆盘的一部分和游标尺）。圆盘上刻有对应的圆心角，游标尺上把与主尺上90对应的圆心角等分为10格。试根据图中所示的情况读出此时游标上的0刻度线与圆盘的0刻度线之间的夹角为————-————————。
分析：因为游标尺上把与主尺上90对应的圆心角等分为10格，我们很 图1
自然地把精确度为0.1mm的游标卡尺的原理和读数的方法迁移到这里,就可得到该游标尺的精确度为0.10,主尺上的整数部分为190, 游标尺上的第7条刻度线与主尺上的第26条刻度线相重合,则其小数部分为0.10×7=0.70,故夹角为19.70。
二、实验仪器由常规向实际应用的转化
实验仪器由常规向实际应用的转化，是创新型实验另一种重要的发展趋势，是对学生实验能力考查的更高体现，也是高中物理新课程标准的目标之一。
例题2、（2008届全国高三联考）有一种在工厂中实际使用的游标卡尺如图2所示，它是普通卡尺的变形，这种卡尺专门用来测量较大型的圆柱形或球形工件的半径，它把普通卡尺的两个测量爪改成了斜的，两个测量爪与主尺都成126052/12//的角（图中的∠DAC=∠EBC=126052/12//，已知tan63026/06//=2.0000）其它部件未作改动。两个斜爪之间不放被测工件而将游标移到最左端时（A、B点重合），游标尺的“0”刻线恰好与主尺的“0” 刻线对齐；现在两个斜爪之放上被测球形工件，使工件与主尺、两斜爪都相切，即共有三个切点，如图中的D、C、E。
（1）这种改造后游标卡尺在测量中可准确到————————mm 图2
（2）简要说明这种卡尺在测量较大型的圆柱形或球形工件的半径的原理——————————————————————
分析：这是一道典型的实验仪器由常规向实际应用转化的创新实验题。学生在高中阶段所接触的游标卡尺是普通直角的，未见过这种变形的游标卡尺，为此，很多学生无从下手。而实际上，它的原理和方法与常规游标卡尺并无二样，只要我们善于把书本知识提升为能力，实现知识的转化，问题变得迎刃而解。 图3
（1）0.05mm
(2)如图3所示,在△OAC中,OC=AC•tan63026/06//=2AC,圆的半径R=OC=2AC=AB,AB就是游标卡尺移动的距离,因此, 游标卡尺的读数等于圆柱形或球形工件的半径。
三、实验方法的求新 实验过程的求简
实现相同的实验目的，可以有不同的实验方法，如何探求新的实验方法，力求实验过程最简，实验操作最方便，是创新型实验最根本的体现。
例题3、（2007广西模拟）如图4所示的实验中，两球同时落地，说明——————————————————————。某同学设计了如图5的实验：将两个斜滑道固定在同一竖直平面内，最下端水平。把两个质量相等的小钢球，从斜面的同一高度由静止 图4 图5
同时释放，滑道2与光滑水平面吻接，则他观察到的现象是——————————，这说明———————————————。
分析：这是探求平抛运动规律的一道创新设计型实验，它用最简的实验器材，创新的实验方法，把平抛运动规律描述得清晰明了，达到很好的实验效果。
（1）、说明平抛运动在竖直方向上是自由落体运动
（2）、现象是球1落到光滑水平面上并击中球2
（3）、平抛运动在水平方向上是匀速直线运动
四、实验结果的探究与预测
高考物理实验能力的考查,其中很重要的一项指标就是数据的分析与处理,实验数据及结果处理由传统性向探究性与预测性发展,是近年来高考实验创新的主流.
例题4、（2007年连云港高三调研）用纳米技术处理过的材料叫纳米材料，其性质与处理前相比会发生很多变化，如机械性能会成倍的增加，对光的反射能力会变得非常低，熔点会大大降低，甚至有特殊的磁性质。
现有一种纳米合金丝，欲测定其伸长量x与所受拉力F、长度L、截面直径D的关系。
（1）、测量上述物理量需要的主要器材是：———————、———————、———————等。
（2）、若实验中测量的数据如图6下表所示，根据这些数据请写出x与F、L、D间的关系式：x=——————————。（若用到比例系数，可用ｋ表示）。
（3）在研究并得到上述关系的过程中，主要运用的科学方法是————————————（只需写出一种）。 图6
（4）若有一根合金丝的长度为20cm，截面直径为0.200mm,使用中要求其伸长量不能超过原长的百分之一,那么这根合金丝能承受的最大拉力为________N.
分析：此题考查了基本测量仪器的使用，数据分析及对实验结果的探究，突破了传统的实验考查方式，对培养学生物理实验的各种能力及发散思维起到了很好的作用。
（1）、测力计、刻度尺、螺旋测微器
（2）、由提供的实验数据，不难发现，当原长、直径一定时，伸长量与拉力成正比。当直径与拉力一定时，伸长量与原长成正比，当原长与拉力一定时，伸长量与直径成反比，这是一种典型研究物理方法动用，控制变量法。x=ｋFL/D
（3）、控制变量法
（4）、由上面的探究结果，最大拉力为62.5N
五、实验条件和实验情境的迁移与发散
实验条件和实验情境的迁移与发散，也是创新型物理实验发展与设计的趋势，有力于培养学生灵活运用知识的能力。
例题5、（2005江苏高考）1801年，托马斯•杨用双缝干涉实验研究了光波的性质，1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨的干涉实验的结果（称洛埃镜实验）。
（1）、洛埃镜实验的基本装置如图7所示，S为单色光源，M为平面镜，试用平面镜作图法画出经平面镜反射后的光与直接发出的光在光 图7
屏上相交的区域。
（2）、设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为ａ 和L，光的波长为λ，在光屏上形成干涉条纹，写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距△ｘ的表达式。
分析:这是一道设计新颖,很有创意的实验题，其实际是实验条件和 图8
实验情境的迁移与发散。对于双缝干涉原理的理解很重要，关键是杨氏的“一分为二”的实验设计思想，光源S与平面镜中所成的像与S构成了相干光源。只要学生能从新的情境中去找学过的情景，将实验条件与实验情境迁移与发散，问题就变得清晰明了。
（1）、经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域如图8所示。
（2）、△ｘ=Lλ/2ａ
六、实验思想的运用与提升
实验思想是进行实验的前提和基础，是创新型实验设计的根本，其思想的运用与提升，是实验考查另一热点。
例题6、（2007重庆高考）建造重庆长江大桥复线桥高将长百米、重千余吨的钢梁从江水中吊起(题图9)、施工时采用了将钢梁与水面成一定倾角拉出水的起吊方案，为了探究该方案的合理性，某研究性学习小组做了两个模拟实验.研究将钢板从水下水平拉出(实验1)和以一定倾角拉出(实验2)的过程中总拉力的变化情况.
①、必要的实验器材有：钢板、细绳、水盆、水、支架、刻度尺、计时器和 等.
②、根据实验曲线(图10)，实验2中的最大总拉力比实验1中的最大总拉力降低了 .钢板受的最大浮力为 . 图9
③、根据分子动理论，实验1中最大总拉力明显增大的原因是 .
④、可能导致测量拉力的实验误差的原因有：读数不准、钢板有油污、 等等(答出两个即可)
图10
(1) 分析：这是实验思想：模拟法的典型应用，我们知道，进行物理研究时，有时受客观条件的限制，无法对某些自然现象进行实验，为此，人为地创造一定的条件和因素，使之与自然现象有一定的相拟性，从而在模拟的情形下进行实验，真所…… 职称论文发表网http://www.issncn.com
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