巧妙联系习题与设计实验教学

王志刚

（遵化市第三中学，河北 遵化 064200）

习题课是物理课堂教学的重要组成部分，它不仅让学生巩固了基础知识，更主要的是教会学生学会运用所学知识解决实际问题，掌握解题的基本思路和技巧的能力。同时利用相关的习题适时引导设计实验，既降低了设计实验的难度，又培养了学生的发散思维和实践能力。

例1，见图1。滑动变阻器的最大阻值 R0＝10 Ω，开关闭合后，当滑片滑到最左端的时，电压表示数为 6 V，当滑片滑到最右端的时，电压表示数为4 V，求R1的阻值。

图1

分析：开关闭合后，当滑片滑到最左端的时，电路中只有R1，电压表测电源电压即U＝6 V；当滑片滑到最右端的时，R0与R1串联，此时电压表测R1两端电压，即U1＝4 V。由串联电路电压关系知：R0两端电压U0＝U－U1＝6 V－4 V＝2 V。R0与R1串联时，电路中的电流I＝I1＝I0＝U0/R0＝2 V/10 Ω＝0.2 A，则 R1的阻值 R1＝U1/I1＝4 V/0.2 A＝20 Ω。

这道题是电学部分较基础的题，大多数学生都会做，为了引起学生的注意，可以做以下提示：大家知道用伏安法测电阻需要同时使用电压表和电流表，而此题只有电压表，R1的阻值得到了吗？此题还借助了什么？

下面我们来看一个设计实验：

［实验一］一个电源电压未知且不变的电源，一只电压表，一只已知最大阻值为 R0的滑动变阻器，一只未知电阻 Rx，一只开关，导线若干。请你设计只需连接一次电路就能测出未知电阻阻值的方法，画出电路图，写出主要步骤及表达式。（用直接测得的量和已知量来表示）

在电学部分，测待测电阻R的阻值是一个重要的内容，其测量的实验原理是R＝U/I，也就是要找到待测电阻两端的电压和对应的电流。通过对例1的讲解，认真听讲的学生很快就能通过例1画出电路图，教师及时引导学生利用例1的思路进行分析，逐步得到Rx表达式，这样可以降低该设计实验的难度，会使大部分学生理解和掌握。按照例1图的实验步骤：

（1）按电路图正确连接实物；

（2）当滑片滑到最左端时，记下电压表示数为U；

（3）当滑片滑到最右端时，记下电压表示数为Ux；

（4）计算 Rx表达式 Rx＝UxR0/（U－Ux）。

同时还可以进一步激励学生：想一想，利用实验中已给的器材还有其他的设计方法吗？若不强调只连接一次那么还可以怎样设计？学生回答正确要及时鼓励，对有问题的电路设计及时指出错误所在，帮助学生消除疑惑，以获得知识的真谛。

例2，一个空瓶的质量是100 g，装满水后的总质量为600 g，装满某种液体后的总质量为500 g，则该液体的体积___cm3，该液体的密度___ g/cm3。

要应用ρ＝m/v计算这种液体的密度，就应准确的找到液体的质量和对应的体积。同一容器分别装满不同的液体，所装液体的体积应该是相同的。所以应先计算出水的体积，进而得知液体的体积。即液体的体积V液＝V水＝m水/ρ水=（600 g－100 g）/1 g/cm3＝500 cm3。

液体密度ρ液＝m液/v液＝（500 g－100 g）/500 cm3＝0.8 g/cm3

下面我们来看一个设计实验：

［实验二］小红利用天平、两个完全相同的烧杯、水（ρ水已知）、待测液体测量待测液体的密度。请你写出她的实验步骤和待测液体的密度表达式（用直接测得的量和已知量来表示）。

通过例2的学习学生会很容易设计出该实验的步骤，但要注意强调在测量水或待测液体的总质量时烧杯中应装满。具体步骤如下：

（1）用调好的天平测出空烧杯的质量m；

（2）用天平测出装满水时烧杯和水的总质量m1；

（3）用天平测出装满待测液体时烧杯和待测液体的总质量m2；

（4）计算待测液体的表达式ρ液＝（m2－m）ρ水/（m1－m）。

可以进一步问学生：若将天平、两个完全相同的烧杯换成弹簧测力计和一带盖的空矿泉水瓶又该如何设计呢？同样要注意强调在测量水或待测液体的总重力时矿泉水瓶中应装满。具体步骤如下：

（1）用弹簧测力计测出空矿泉水瓶的重力G；

（2）用弹簧测力计测出装满水时矿泉水瓶和水的重力G1；

（3）用弹簧测力计测出装满待测液体时矿泉水瓶和待测液体的重力G2；

（4）计算待测液体的表达式ρ液＝（G2－G）ρ水/（G1－G）。

例3，用弹簧测力计在空气中称得一石块重1 N，将石块浸没入水中后，弹簧测力计的示数为0.6 N，则石块受到的浮力是___N，若将该石块浸没在某种液体中后，弹簧测力计的示数为0.4 N，则该液体的密度是___N。

此题计算石块浸没在水中受到的浮力大多数学生没什么问题，在计算液体密度时，要积极鼓励学生踊跃发言，同时教师要因势利导，最后需要教师再详细讲解。具体分析如下：

石块浸没在水中受到的浮力F浮＝G－F水＝1 N－0.6 N＝0.4 N要应用ρ＝m/v计算这种液体的密度，此题中无法准确的找到液体的质量和对应的体积。由题干中的已知条件来看，要利用石块在水中和液体中受到的浮力来解决。

通过例3的学习我们来看一个设计实验：

［实验三］小红利用弹簧测力计、烧杯、石块、细绳、和水（ρ水已知）测量酒精的密度，请写出小红的设计步骤和酒精密度的表达式（用直接测得的量和已知量来表示）。

通过例3的学习，学生较容易写出该实验的设计步骤。但文字叙述一直是学生较头疼的问题，所以要加强练习和规范。在本实验中要注重强调石块要浸没在水中和酒精中。具体步骤如下：

（1）细绳拴住石块，并用弹簧测力计测出石块的重力G；

（2）将石块浸没在水中记下弹簧测力计示数F1；

（3）将石块浸没在酒精中记下弹簧测力计示数F2；

（4）计算酒精密度的表达式ρ酒精＝（G－F酒）ρ水/（G－F水）。

仅以上述几题为例，希望能抛砖引玉。单表测电阻，非常规测密度在习题中以小计算的形式出现并非经常见到，这就需要平时教学注意归纳整理，有的小计算稍加改动也可以达到此目的，通过这些习题适时开展设计实验教学，要比单纯的讲设计实验更能够让学生理解和掌握，不妨一试。