高三物理力学实验复习的逻辑化处理策略

方宇军

摘要：力学实验是每年高考必考的内容之一。本文以实验《探究加速度与力、质量的关系》的复习为例，从实验目的、原理、操作、方案、数据处理和分析、拓展与创新等方面探讨高三力学实验复习教学设计的逻辑化处理策略。

关键词：力学实验复习；逻辑化处理；高三物理

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2017）06-0101

高考中对力学实验考题的设计往往来源于课本实验又不拘泥于课本实验。在高考复习的教学设计中，需要教师根据教学内容和学生实际进行逻辑化的处理，从而达到比较理想的复习效果。

所谓逻辑，就是指规律，包括思维规律和事物的因果规律。而物理知识之间都是有内在逻辑关系的，知识的形成、学生的认知也是有规律的。复习的逻辑化就是要整合这些关系和规律，使实验复习流程具有合理性、连贯性和逻辑性。本文从力学实验复习的教学设计来探讨逻辑化处理策略。

《探究加速度与力、质量的关系》是人教版高中物理必修1教材中的一节典型的探究性实验课。它在高中力学实验中具有举足轻重的地位，它的实验思路、数据处理方式、器材等是力学实验的基础和核心。本节复习课，不仅要让学生获得对探究加速度与力、质量关系进一步认识，而且还要让学生能够举一反三，进行拓展和创新。以下是根据逻辑化处理策略，对本节复习课设计的逻辑顺序。

一、弄清实验目的

弄清实验目的要包含以下几个方面：一是“探究加速度与力、质量的关系”的具体含义是什么；二是该实验的方法——控制变量法。

这一环节是让学生明白本实验包含两个方面的实验，一是保持质量不变，探究加速度与力的关系是否成正比；二是保持力不变，探究加速度与质量的关系是否成反比。从认识规律的次序上讲，只有明确了“想达到什么目的”，才能根据所要达到的目的来思考如何设计实验、操作实验。

二、理解实验设计的思路和原理

根据实验的目的，要思考如何去设计实验：一是设计一个什么样的运动，如何设计？二是要测量哪些数据，这些数据如何测量，如何记录，怎样处理数据。

该环节不仅是要让学生明确要测量哪些数据，而且设计出记录数据的表格，因为设计表格的过程就是学生思维的过程。数据处理中要让学生理解为什么要通过不断改变纵、横轴的意义，最终拟合成一条直线。

三、理解教材上案例，并且能对比已知的方案，做出合理的评价

教材上的案例一（如图1所示）控制两辆小车同时运动和静止，测量出它们在相同时间里的位移之比，从而得出其加速度之比。

教材上的案例二（如图2所示）让一个小车从静止开始运动，通过打点计时器和纸带，运用逐差法测出小车运动的加速度。

两个案例的比较：1. 两个實验方案是否都要平衡摩擦力？为什么？2. 绳对小车的拉力是否等于所挂的砝码与砝码盘的总重力？如何减小实验的误差？3. 两种实验案例的优缺点各有哪些？

该环节促使学生思考理解实验的具体操作中的理论依据，一方面使学生能对不同的实验方案做出合理的选择，另一方面为实验的改进、拓展和创新奠定了基础。

四、对实验的改进、拓展和创新

在学生对教学实验掌握的基础上，通过具体的实验案例引导学生分析对该实验的改进。

1. 采用气垫导轨来减小摩擦阻力的影响，并且用光电门来测量速度，进而计算出加速度

如图3所示为气垫导轨装置其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录.滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m。

该实验中，由于滑块与导轨之间有一个空气薄膜，所以滑块受到的摩擦力极小，导轨只需水平放置即可，为了检查导轨是否水平，可以在不挂砝码时，推动滑块后，看滑块经过两个光电门的时间是否相等，若相等则表明导轨已经调节水平。加速度a=■（■-■）。

2. 巧妙设定实验步骤，解决绳子的拉力小于所挂砝码和砝码盘总重力这一问题引起的误差

（上接第101页）

如图4所示：设计出如下的实验方案，实验步骤如下：

A. 按图中所示安装好实验装置。

B. 调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速直线运动。

C. 取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m。

D. 将小车置于打点计时器旁，先接通电源，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求得小车的加速度a。

E. 重新挂上细绳和砝码盘，改变砝码盘中砝码的质量，重复B—D步骤，求得小车在不同合外力F作用下的加速度。

该实验中，当挂上砝码时，由于小车是匀速下滑，所以无论砝码和砝码盘的总质量是否远远小于小车的质量，绳子对小车的拉力都等于砝码和砝码盘的总重力。当拿下砝码和砝码盘后，小车所受到的外力的合力就等于砝码和砝码盘的总重力。

当然，该实验也有不足的地方，那就是每次改变所挂的砝码质量，或者是每次改变小车的质量，都需要重新调节长木板的倾斜角，这样一来既增加了实验的繁琐度，同时也会增加实验的误差。

3.转变实验数据处理的方式克服因绳子拉力小于所挂砝码和砝码盘总重力而引起的误差

在教材案例二的实验中，根据牛顿第二定律可以得知，绳的拉力F=■，结合F=Mg可知：（1）若图像■-■能拟合成一条一次函数图像，则表明加速度与力成正比；（2）若图像图像■-M能拟合成一条一次函数图像，则表明加速度与质量成正比。

五、小结

本文展示了对“探究加速度与力、质量的关系”的逻辑化处理策略。复习时以教材案例和学生已有的认识为基础，按照学生的认识过程整体规划复习教学的逻辑层次。在以上案例的基础上，还可以引导鼓励学生提出更多的实验方案，从而使学生真正达到深刻理解并能举一反三的高度，这样即使高考中对本实验如何创新改变，都能立于不败之地。这就是逻辑化的处理策略在高三实验力学实验复习中的具体应用。

总之，在新课学习中，学生获得的知识往往是碎片化不成系统的，而高三复习的任务之一就是要是学生的知识形成网络，将书由“厚”读“薄”。而逻辑化的处理能最大限度地帮助学生形成知识网络。当然，要达到这一点，教师在教学中首先要有逻辑化处理的意识，追求最佳的逻辑次序设计。其次要多学习，使自己的教育教学理论不断丰富，这样在教学实际中才能得心应手、游刃有余。

（作者单位：安徽省宁国市津河中学 242300）