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1、《驗證牛頓第二定律》實驗試題賞析 高中物理《考試大綱》規(guī)定的力學部分的六個學生實驗中，《驗證牛頓第二定律》的實驗原理、研究方法（控制變量法）、數(shù)據(jù)處理方法（圖像法）、誤差控制（平衡法）等，對學生的思維分析能力和實驗操作能力提出了較高的要求，是考綱規(guī)定的十一個學生分組實驗（包括電學部分）中的難點之一，因而，受到命題專家的青睞，每年命制的十八套試卷（全國、自主命題省份）都有所考查.本文擬根據(jù)《考試大綱》中的實驗能力要求及實驗試題的核心器材進行分類賞析.（為節(jié)省篇幅，部分試題節(jié)選了試題的一部分，部分試題省略了解析過程）. 一、基于教材的基本實驗 （1）完成下

2、列實驗步驟中的填空. ①平衡小車所受的阻力.小吊盤中不放物塊，調(diào)整木板右端的高度，用手輕撥小車，直到打點計時器打出一系列的點. ②按住小車，在小吊盤中放入適當質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼. ③打開打點計時器電源，釋放小車，獲得帶有點列的紙帶，在紙帶上標出小車中砝碼的質(zhì)量m. ④按住小車，改變小車中砝碼的質(zhì)量，重復步驟③. ⑤在每條紙帶上清晰的部分，每5個間隔標注一個計數(shù)點.測量相鄰計數(shù)點的間距s1，s2，….求出與不同m相對應的加速度a. ⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標，1a為縱坐標，在坐標紙上做出1a-m關系圖線.若加速度與小

3、車和砝碼的總質(zhì)量成反比，則1a與m處應成關系（填“線性”或“非線性”）. （2）完成下列填空 （）本實驗中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時，小車所受的拉力近似不變，小吊盤和盤中物塊的質(zhì)量之和應滿足的條件是. 賞析此題來源于教材，與教材實驗裝置一致，但實驗的一些做法與教材不一樣，并且設問方式很有特色. 1.教材中平衡摩擦力的方法是帶有紙帶的小車做勻速運動，利用小車重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力，而本題（1）①是小吊盤與帶有紙帶的小車一起勻速運動，用小吊盤的重力與小車重力沿斜面向下的分力的合力平衡摩擦力. 2.本題（1）⑥中，以砝碼的質(zhì)

4、量m為橫坐標、1a為縱坐標，在坐標紙上做出1a-m關系圖線，從而驗證“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關系”.與學生熟知的教材實驗的區(qū)別有二.一是教材中處理實驗數(shù)據(jù)的方法：以小車和車上砝碼的總質(zhì)量（M+m）倒數(shù)為1M+m為橫坐標，以加速度a縱坐標，做出a-1M+m圖像；二是質(zhì)量僅為小車上砝碼的質(zhì)量.這要求考生要有扎實的基礎知識、辨析能力及靈活變通能力. 3.“化曲為直”的思想仍是圖像法處理數(shù)據(jù)的主旋律.（2）（）中給出了1a-m關系圖線，要求求出小車受到的拉力和小車的質(zhì)量.體現(xiàn)了“規(guī)律與實驗相融，公式與圖像并美”.該問雖是常規(guī)的“數(shù)形結合”類題目，但在寫1a=f（m）函

5、數(shù)表達式時要特別注意此式中的m應是小車質(zhì)量M與小車上砝碼質(zhì)量m的和，與圖像中m的含義的不同. 本題考查驗證牛頓定律實驗基本原理的掌握、運用圖像處理數(shù)據(jù)的能力的同時，通過“變式”變換設置了兩個難點考查考生的思維的縝密性、靈活性和應用數(shù)學知識解決物理問題的能力. 案例2（2012年安徽卷 節(jié)選） 圖1為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖.砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M.實驗中用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小. 賞析本題是對教材實驗的基本考查.分別考查了考生平衡摩擦及檢驗的方法和紙帶的處理（求加速度）的能力.最大的亮點是第二問：將M遠

6、大于m這一抽象的實驗要求具體化.考生對實驗中“當M遠大于m時，用砂和砂桶總重力的大小作為細線對小車拉力的大小”的前提條件背的滾瓜爛熟，但具體到實驗操作時 “M和m”的取值問題，若沒有實際做過該實驗，考生可能會顯得束手無策. 在具體的實驗操作中，“M遠大于m”的取值條件：M是m的3～5倍以上. 從此問可以看出，命題人對中學實驗教學的期望，是一種“能力發(fā)展觀”，在高考中對物理實驗的考查，盡管是“紙筆測驗”，但命題時還是力圖通過“紙筆測驗”來考查考生的包括實驗操作能力在內(nèi)的實驗能力，他們對實驗的考查要求強調(diào)了如何“操作”，要體現(xiàn)的是“只有動手做過實驗才能得分”的實驗設計理念.

7、 二、源于教材中驗證牛二律實驗原理的延伸與拓展 （3）小車做勻加速運動的合力是砝碼、砝碼盤的總重力，在計算小車的合外力時未計入砝碼盤的重力，由做出的a-F圖像（圖略）可得到砝碼盤的重力約為0.08 N. 本題是對教材中驗證牛頓第二定律實驗原理的拓展和延伸，避免了考查原實驗.課本上的實驗中，當滿足小車的質(zhì)量遠大于砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量時，細繩對小車的拉力約等于砝碼和砝碼盤的總重力.因此在解決此類題目時我們應注意和教材中實驗對照，從實驗原理和創(chuàng)新上多思考. 賞析本題將教材中基本的力學模型--斜面模型，力學中的重要規(guī)律――牛頓第二定律，實驗的基本方法――控制變量法，處理數(shù)據(jù)的基本方法――圖像法，以及實驗的探究性、創(chuàng)新性綜合在一起全面考查學生的綜合分析能力、實驗設計能力及數(shù)據(jù)處理能力，題目源于課本，而又高于教材，充分體現(xiàn)了實驗的創(chuàng)新性 . 《考試大綱》對實驗能力的要求有明確說明“…對結論進行分析和評價；能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制定解決方案；…”.該實驗的最大亮點是第（2）問，對消除摩擦阻力的方案的評價.對實驗方案的評價，主要是從誤差分析角度利用學過的物理理論進行相關分析，進而達到“控制實驗條件”的目的. 第 4 頁 共 4 頁