实验复习重在亲历现场

何叶丹

实验是高考物理的一大考点，有两个大题，一般其中一个是力学实验题。拙作以学生实验《验证机械能守恒定律》为例，在备课组教学实践的基础上，谈谈高考力学实验复习策略。

本校采用人教版教材，本实验的目的是验证重物自由落体运动过程中机械能守恒。器材用铁架台（带铁夹）、重锤（带纸带夹子）、纸带、刻度尺、电火花打点计时器（或电磁打点计时器、复写纸片、低压交流电源、导线）。用计算法或图像法处理实验数据。实验结论是：在实验误差允许的范围内重物重力势能的减少量等于动能的增加量。学生二人一组在实验室做过该实验，并且进行数据处理得出了实验结论。

一、认知器材，感知操作

高考复习时，为了唤起学生的记忆，先对打点计时器的使用作了回顾，并用图片展示了各种可能的错误操作。接着，请学生看图选择实验需要的仪器。不仅可以使学生回忆起本实验需要的仪器，而且能够重新认知仪器。

然后，请一位学生上讲台演示该实验。防止学生手足无措，采用边放映操作视频，边分步演示的方法。当然教师故意设置了一些陷阱，例如故意用较重的电磁打点计时器，而导线只选了二根较短的。学生用夹子夹打点计时器时，总夹不稳，好不容易夹稳，却发现打点计时器与电源距离太远，导线不够长，其他同学支招，用书把电源垫起来。此过程中，其他学生在欢笑声中观察了该同学的操作。这样，教师就水到渠成地引出关于如何改进打点计时器的放置位置（如图1所示）和为何要选择电火花打点计时器的原因。从而使学生重新认识了打点计时器，并且知道如何操作打点计时器。

最后，举二例作为课堂练习，读者可以自己体会。

【例1】 某实验小组要验证自由落体运动中机械能是否守恒，已有带夹子的铁架台、电火花计时器、纸带外，还需要图2中的实验器材是 （用器材下面的字母表示）。

【例2】 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4…n。则：

（1）如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量 、 、 ，必须计算出的物理量为 、 ，验证的表达式为 。

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是 （填写步骤前面的字母）。

A.将打点计时器竖直安装在铁架台上

B.接通电源，再松开纸带，让重物自由下落

C.取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻转）重新做实验

D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

E.选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn

F.分别算出12mv2n和mghn，在实验误差允许的范围内看是否相等

二、记录读数，处理数据

本实验中数据处理是根据纸带上的点迹，求出速度和高度。要注意不能用v=gt或v2=2gh计算速度。验证在实验误差允许的范围内，重物重力势能的减少量等于动能的增加量，即ΔEp=ΔEk。实际上，由于存在摩擦和空气阻力，重力势能的减少量必定大于动能的增加量，即ΔEp>ΔEk。

然而例2却搞乱了学生的认识。根据数据求出的结果是ΔEp<ΔEk。引导学生分析发现，此例中利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。竖直上抛运动中，小球动能转化为重力势能，也正是由于阻力的存在，重力势能的增加量必定小于动能的减少量。由此可见，实验原理不同，数据处理的结果会看似不同，实验结论却是一样的。

【例3】 如图3所示，某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。（已知当地重力加速度为9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留3位有效数字）

（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5= m/s。

（2）从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp= J，动能减少量ΔEk= J.

（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp ΔEk（选填“>”、“<”或“=”），造成这种结果的主要原因是 。

如果说例3只是改变了物体的运动形式，例4则从单个物体改成了二个物体，而且完全改变了实验原理。有的学生甚至从一开始根本没弄明白该题的实验目的是什么。经过教师指点，学生才知道由于用了气垫导轨，可以忽略摩擦阻力，系统的机械能守恒。另外，例4还可以用作刻度尺的读数和游标卡尺读数的例子，复习有效数字。

【例4】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律的实验装置示意图如图4所示。

（1）实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图5所示，由此读出l= mm；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x= cm；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器（图中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。

（2）用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：

①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1= 和v2= 。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1= 和Ek2= 。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp= （重力加速度为g）。

（3）若ΔEp= ，则可认为验证了机械能守恒定律。

另外，图像法处理实验数据可以减小实验误差，是高考的重要考点。这势必要求学生认真做实验，实验后正确处理实验数据，亲自画图线。而且可能画过的图线不是一条二条，而是已熟悉领悟并掌握了这种方法。

三、寻找差别，创新实验

高考力学实验题，实验目的明确，实验原理和实验数据处理的方法各不相同。但是，不管背景和原理有什么不同，一般都是以学生分组实验为原型，考查实验器材的操作、数据的处理等基本的实验素养。所谓“题在书外，理在书内”。解决此类创新实验题，要重现做过的学生实验的原型，找到差别，分析实验原理，用已熟悉的规律和方法解决。例5就是一例验证机械能守恒定律的创新实验题，读者可以自己去体会。

【例5】 现要通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图6所示。水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连。遮光片两条长边与导轨垂直。导轨上的B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，用g表示重力加速度。完成下列填空和作图。

最后，请学生自主总结，可以用哪些我们熟悉的运动验证机械能守恒定律。根据以上几个例题，学生很容易总结得到：（1）自由落体运动；（2）竖直上抛运动；（3）利用气垫导轨，水平面上和斜面上的运动；甚至还会想到（4）竖直平面内圆周运动，可利用光电门测速度如图7；（5）平抛运动等等。如果条件允许，学生可以动手做一做这些实验。

高考物理实验题，体现让做过实验和没有做过实验的学生有区别，认真做实验和没有认真做实验的学生有区别的原则。注重实验器材认知和实验操作的考查，也重视对读数和实验数据处理等基本实验素养的考查。

实验复习应重在让学生亲历现场。通过认知器材，感知操作；记录读数，处理数据；寻找差别，创新实验等等策略提高复习效率。以上策略，对复习其他各个力学实验，也有参考价值。

（责任编辑 易志毅）endprint

实验是高考物理的一大考点，有两个大题，一般其中一个是力学实验题。拙作以学生实验《验证机械能守恒定律》为例，在备课组教学实践的基础上，谈谈高考力学实验复习策略。

本校采用人教版教材，本实验的目的是验证重物自由落体运动过程中机械能守恒。器材用铁架台（带铁夹）、重锤（带纸带夹子）、纸带、刻度尺、电火花打点计时器（或电磁打点计时器、复写纸片、低压交流电源、导线）。用计算法或图像法处理实验数据。实验结论是：在实验误差允许的范围内重物重力势能的减少量等于动能的增加量。学生二人一组在实验室做过该实验，并且进行数据处理得出了实验结论。

一、认知器材，感知操作

高考复习时，为了唤起学生的记忆，先对打点计时器的使用作了回顾，并用图片展示了各种可能的错误操作。接着，请学生看图选择实验需要的仪器。不仅可以使学生回忆起本实验需要的仪器，而且能够重新认知仪器。

然后，请一位学生上讲台演示该实验。防止学生手足无措，采用边放映操作视频，边分步演示的方法。当然教师故意设置了一些陷阱，例如故意用较重的电磁打点计时器，而导线只选了二根较短的。学生用夹子夹打点计时器时，总夹不稳，好不容易夹稳，却发现打点计时器与电源距离太远，导线不够长，其他同学支招，用书把电源垫起来。此过程中，其他学生在欢笑声中观察了该同学的操作。这样，教师就水到渠成地引出关于如何改进打点计时器的放置位置（如图1所示）和为何要选择电火花打点计时器的原因。从而使学生重新认识了打点计时器，并且知道如何操作打点计时器。

最后，举二例作为课堂练习，读者可以自己体会。

【例1】 某实验小组要验证自由落体运动中机械能是否守恒，已有带夹子的铁架台、电火花计时器、纸带外，还需要图2中的实验器材是 （用器材下面的字母表示）。

【例2】 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4…n。则：

（1）如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量 、 、 ，必须计算出的物理量为 、 ，验证的表达式为 。

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是 （填写步骤前面的字母）。

A.将打点计时器竖直安装在铁架台上

B.接通电源，再松开纸带，让重物自由下落

C.取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻转）重新做实验

D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

E.选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn

F.分别算出12mv2n和mghn，在实验误差允许的范围内看是否相等

二、记录读数，处理数据

本实验中数据处理是根据纸带上的点迹，求出速度和高度。要注意不能用v=gt或v2=2gh计算速度。验证在实验误差允许的范围内，重物重力势能的减少量等于动能的增加量，即ΔEp=ΔEk。实际上，由于存在摩擦和空气阻力，重力势能的减少量必定大于动能的增加量，即ΔEp>ΔEk。

然而例2却搞乱了学生的认识。根据数据求出的结果是ΔEp<ΔEk。引导学生分析发现，此例中利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。竖直上抛运动中，小球动能转化为重力势能，也正是由于阻力的存在，重力势能的增加量必定小于动能的减少量。由此可见，实验原理不同，数据处理的结果会看似不同，实验结论却是一样的。

【例3】 如图3所示，某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。（已知当地重力加速度为9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留3位有效数字）

（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5= m/s。

（2）从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp= J，动能减少量ΔEk= J.

（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp ΔEk（选填“>”、“<”或“=”），造成这种结果的主要原因是 。

如果说例3只是改变了物体的运动形式，例4则从单个物体改成了二个物体，而且完全改变了实验原理。有的学生甚至从一开始根本没弄明白该题的实验目的是什么。经过教师指点，学生才知道由于用了气垫导轨，可以忽略摩擦阻力，系统的机械能守恒。另外，例4还可以用作刻度尺的读数和游标卡尺读数的例子，复习有效数字。

【例4】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律的实验装置示意图如图4所示。

（1）实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图5所示，由此读出l= mm；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x= cm；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器（图中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。

（2）用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：

①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1= 和v2= 。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1= 和Ek2= 。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp= （重力加速度为g）。

（3）若ΔEp= ，则可认为验证了机械能守恒定律。

另外，图像法处理实验数据可以减小实验误差，是高考的重要考点。这势必要求学生认真做实验，实验后正确处理实验数据，亲自画图线。而且可能画过的图线不是一条二条，而是已熟悉领悟并掌握了这种方法。

三、寻找差别，创新实验

高考力学实验题，实验目的明确，实验原理和实验数据处理的方法各不相同。但是，不管背景和原理有什么不同，一般都是以学生分组实验为原型，考查实验器材的操作、数据的处理等基本的实验素养。所谓“题在书外，理在书内”。解决此类创新实验题，要重现做过的学生实验的原型，找到差别，分析实验原理，用已熟悉的规律和方法解决。例5就是一例验证机械能守恒定律的创新实验题，读者可以自己去体会。

【例5】 现要通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图6所示。水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连。遮光片两条长边与导轨垂直。导轨上的B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，用g表示重力加速度。完成下列填空和作图。

最后，请学生自主总结，可以用哪些我们熟悉的运动验证机械能守恒定律。根据以上几个例题，学生很容易总结得到：（1）自由落体运动；（2）竖直上抛运动；（3）利用气垫导轨，水平面上和斜面上的运动；甚至还会想到（4）竖直平面内圆周运动，可利用光电门测速度如图7；（5）平抛运动等等。如果条件允许，学生可以动手做一做这些实验。

高考物理实验题，体现让做过实验和没有做过实验的学生有区别，认真做实验和没有认真做实验的学生有区别的原则。注重实验器材认知和实验操作的考查，也重视对读数和实验数据处理等基本实验素养的考查。

实验复习应重在让学生亲历现场。通过认知器材，感知操作；记录读数，处理数据；寻找差别，创新实验等等策略提高复习效率。以上策略，对复习其他各个力学实验，也有参考价值。

（责任编辑 易志毅）endprint

实验是高考物理的一大考点，有两个大题，一般其中一个是力学实验题。拙作以学生实验《验证机械能守恒定律》为例，在备课组教学实践的基础上，谈谈高考力学实验复习策略。

本校采用人教版教材，本实验的目的是验证重物自由落体运动过程中机械能守恒。器材用铁架台（带铁夹）、重锤（带纸带夹子）、纸带、刻度尺、电火花打点计时器（或电磁打点计时器、复写纸片、低压交流电源、导线）。用计算法或图像法处理实验数据。实验结论是：在实验误差允许的范围内重物重力势能的减少量等于动能的增加量。学生二人一组在实验室做过该实验，并且进行数据处理得出了实验结论。

一、认知器材，感知操作

高考复习时，为了唤起学生的记忆，先对打点计时器的使用作了回顾，并用图片展示了各种可能的错误操作。接着，请学生看图选择实验需要的仪器。不仅可以使学生回忆起本实验需要的仪器，而且能够重新认知仪器。

然后，请一位学生上讲台演示该实验。防止学生手足无措，采用边放映操作视频，边分步演示的方法。当然教师故意设置了一些陷阱，例如故意用较重的电磁打点计时器，而导线只选了二根较短的。学生用夹子夹打点计时器时，总夹不稳，好不容易夹稳，却发现打点计时器与电源距离太远，导线不够长，其他同学支招，用书把电源垫起来。此过程中，其他学生在欢笑声中观察了该同学的操作。这样，教师就水到渠成地引出关于如何改进打点计时器的放置位置（如图1所示）和为何要选择电火花打点计时器的原因。从而使学生重新认识了打点计时器，并且知道如何操作打点计时器。

最后，举二例作为课堂练习，读者可以自己体会。

【例1】 某实验小组要验证自由落体运动中机械能是否守恒，已有带夹子的铁架台、电火花计时器、纸带外，还需要图2中的实验器材是 （用器材下面的字母表示）。

【例2】 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4…n。则：

（1）如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量 、 、 ，必须计算出的物理量为 、 ，验证的表达式为 。

（2）下列实验步骤操作合理的排列顺序是 （填写步骤前面的字母）。

A.将打点计时器竖直安装在铁架台上

B.接通电源，再松开纸带，让重物自由下落

C.取下纸带，更换新纸带（或将纸带翻转）重新做实验

D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

E.选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1、h2、h3…hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3…vn

F.分别算出12mv2n和mghn，在实验误差允许的范围内看是否相等

二、记录读数，处理数据

本实验中数据处理是根据纸带上的点迹，求出速度和高度。要注意不能用v=gt或v2=2gh计算速度。验证在实验误差允许的范围内，重物重力势能的减少量等于动能的增加量，即ΔEp=ΔEk。实际上，由于存在摩擦和空气阻力，重力势能的减少量必定大于动能的增加量，即ΔEp>ΔEk。

然而例2却搞乱了学生的认识。根据数据求出的结果是ΔEp<ΔEk。引导学生分析发现，此例中利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。竖直上抛运动中，小球动能转化为重力势能，也正是由于阻力的存在，重力势能的增加量必定小于动能的减少量。由此可见，实验原理不同，数据处理的结果会看似不同，实验结论却是一样的。

【例3】 如图3所示，某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05s闪光一次，图中所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。（已知当地重力加速度为9.8m/s2，小球质量m=0.2kg，结果保留3位有效数字）

（1）由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5= m/s。

（2）从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp= J，动能减少量ΔEk= J.

（3）在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp ΔEk（选填“>”、“<”或“=”），造成这种结果的主要原因是 。

如果说例3只是改变了物体的运动形式，例4则从单个物体改成了二个物体，而且完全改变了实验原理。有的学生甚至从一开始根本没弄明白该题的实验目的是什么。经过教师指点，学生才知道由于用了气垫导轨，可以忽略摩擦阻力，系统的机械能守恒。另外，例4还可以用作刻度尺的读数和游标卡尺读数的例子，复习有效数字。

【例4】 利用气垫导轨验证机械能守恒定律的实验装置示意图如图4所示。

（1）实验步骤：

①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；

②用游标卡尺测量挡光条的宽度l，结果如图5所示，由此读出l= mm；

③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x= cm；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器（图中未画出）上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m。

（2）用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：

①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1= 和v2= 。

②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统（包括滑块、挡光条、托盘和砝码）的总动能分别为Ek1= 和Ek2= 。

③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少ΔEp= （重力加速度为g）。

（3）若ΔEp= ，则可认为验证了机械能守恒定律。

另外，图像法处理实验数据可以减小实验误差，是高考的重要考点。这势必要求学生认真做实验，实验后正确处理实验数据，亲自画图线。而且可能画过的图线不是一条二条，而是已熟悉领悟并掌握了这种方法。

三、寻找差别，创新实验

高考力学实验题，实验目的明确，实验原理和实验数据处理的方法各不相同。但是，不管背景和原理有什么不同，一般都是以学生分组实验为原型，考查实验器材的操作、数据的处理等基本的实验素养。所谓“题在书外，理在书内”。解决此类创新实验题，要重现做过的学生实验的原型，找到差别，分析实验原理，用已熟悉的规律和方法解决。例5就是一例验证机械能守恒定律的创新实验题，读者可以自己去体会。

【例5】 现要通过实验验证机械能守恒定律，实验装置如图6所示。水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连。遮光片两条长边与导轨垂直。导轨上的B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t。用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，x表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看作滑块通过B点时的瞬时速度，用g表示重力加速度。完成下列填空和作图。

最后，请学生自主总结，可以用哪些我们熟悉的运动验证机械能守恒定律。根据以上几个例题，学生很容易总结得到：（1）自由落体运动；（2）竖直上抛运动；（3）利用气垫导轨，水平面上和斜面上的运动；甚至还会想到（4）竖直平面内圆周运动，可利用光电门测速度如图7；（5）平抛运动等等。如果条件允许，学生可以动手做一做这些实验。

高考物理实验题，体现让做过实验和没有做过实验的学生有区别，认真做实验和没有认真做实验的学生有区别的原则。注重实验器材认知和实验操作的考查，也重视对读数和实验数据处理等基本实验素养的考查。

实验复习应重在让学生亲历现场。通过认知器材，感知操作；记录读数，处理数据；寻找差别，创新实验等等策略提高复习效率。以上策略，对复习其他各个力学实验，也有参考价值。

（责任编辑 易志毅）endprint