谈物理习题的实验解法_实验设计-查字典物理网

物理学是一门以观察和实验为基础的学科。物理实验在物理学的研究和物理课的教学中都有着极其重要的地位，尤其是在培养学生的实验能力、创新精神和理论联系实际的思想方面，它更是有着不可替代的作用。因此，近年来各地都加强了物理实验教学和考查的力度。但是，应当看到，目前我们的大多数教师还仅仅停留在为实验而实验的层次上，更有一些教师甚至因考试不能实际操作而将物理实验与物理习题割裂开来。笔者通过多年来的实践发现，在习题教学中若能恰当地利用实验解法，不但能提高学生的学习兴趣、实验意识和动手能力，使学生在实验中理解难以明白的物理概念、规律，而且易于纠正偏见、启迪思路，从而提高学生分析问题、解决问题的能力，并可拓展学生思路，提高学生的创造能力。

实验法解题可分为直接实验法和间接实验法两类，下面分别举例予以说明。

1 直接实验法

所谓直接实验法，就是直接按照习题的要求设置物理实验从而由实验结果来得出习题答案的一种解题方法。其特点是直观、显明。它体现了物理学以观察、实验为基础的特点，并对纠正理论分析的偏见、启迪思路很有帮助。

例1做凸透镜成像实验时，移动光屏、凸透镜和蜡烛的相互位置，在光屏上出现蜡烛清晰的像后，再用黑纸把凸透镜沿水平线上边的半圆贴起来不让光线通过，则光屏上

（A）只剩下上边一半的像。

（B）只剩下下边一半的像。

（C）像完整，但要比原来的暗。

（D）像的情况不变。

教学中学生答A、B、C的都有，而此题一个典型的错误就是不少学生受了如图1所示的光路图的误导认为主光轴上部透镜左边的两条光线1和2被挡因而下半部分的像A’将消失，故选A。在这种情况下教师不宜直接给出答案（即使给了学生也难以接受）而应当引导他们先用实验检验自己的答案。实验简单、直观地证明了C的正确，这时我们再反过来对照实验帮助学生分析选B的错误就比较容易了：原来，上面的光线还可以通过如图的虚线3等到达下方。可见，是这个光路图画的有失全面。这时我们再提醒学生注意以后分析问题一定要全面就很适时和必要了。

例2如图2，当开关闭合P向右滑动时，A表的读数______，V表的读数_________。

本题看似简单，但理论分析有两个难点：其一是V表实际测的是R’两端的电压，但不少学生会认为V测的是R两端电压；其二是P向右则R’增大，总电阻增大，则电流减小，A表示数减小；但直接根据R’、I的变化判断V表读数变化却是不可能的，我们必须先判断出R两端电压减小，再由总电压不变进而得出R’两端的电压增大。显然，此题的理论分析并不容易，但若用实验法则一目了然，一看便知A变小V变大。本题若能边分析边实验，对于帮助学生理解上面的理论分析将很有益处。

无需讳言，这种直接实验得出答案的做法必然为我们不少教师所不齿，因为这种做法既不为闭卷考试所允许，也不能很好地显示我们物理的“理”。但是，笔者要说明的是：正是因为我们一味地偏重于“理”而在很大程度上忽略了物理学的实践性，才使我们培养的人才在观念上重“理”而轻“实”，而这正是我国自然科学在不少方面落后于西方发达国家的一个重要原因。所以，物理教学中，我们必须在观念上要有一个大的转变，既然物理学本身就是一门实验的科学，所以实验解法就应当是物理习题的一种最正宗的解法而不容受到鄙视！

2 间接实验法

间接实验法又可分为实物替代法和理论模拟法。

2．1 实物替代方法

例3湖面有一小船，小船里装有一些石头，现将石头沉入湖中，问湖面是升高、降低还是不变？（假设其它条件都不变）

这是一个较为复杂的力学问题，学生答案一时也难以统一，我们又不能把学生带到湖中完成这一实验（而且即使在湖中这样的实验也是不可能完成的）；然而，我们却可以引导学生用实物替代法完成这一实验。比如，我们可以用一个装有水的容器来代替湖，用一较大的木块代替船，再用一个石块代替石头来完成这一实验。通过实验可很直观地发现答案：水面下降了。这时我们再引导学生进行理论分析就很容易：可以把石头和船看成一个整体，当石头在船上时，它受到的浮力等于其总重；而当石头沉于彻底，石头受到湖底支持力，故而石头和船受到的浮力小于它们的总重。可见，这一整体所受浮力减小，而，故而它们排开水的体积减小，水面下降。