——对高中物理实验复习再谈几点建议

在昨天的博文中，我谈了关于物理实验复习的三点建议，主要用于对实验复习的整体构思。针对一个具体的实验，在复习的过程中，也要关注以下几点：

1．加强对实验原理的研究

每一个物理实验，都有实验原理。这个原理可能是一个物理量的定义式（如平抛运动的水平速度的测定，电阻的测定等），也可能是一个物理规律（如测量重力加速度的单摆振动周期公式、大多数的验证性、研究性和设计类的物理实验等）。明确实验原理非常重要，它有以下几个方面的作用：

1）实验原理是选择实验器材的前提

测量同一个物理量，选择的实验原理不同，所需要的测量工具和测量器材也不相同。比如说测量电源的电动势和内电阻实验，如果采用端压公式U＝E－Ir为实验原理，测量工具就需要电压表和电流表，那就一定要配滑动变阻器；如果采用全电路欧姆定律I＝E/(R＋r)为实验原理，那就需要电流表和电阻箱；如果采用部分电路欧姆定律U＝IR＝ER/(R＋r)为实验原理，那就需要电压表和电阻箱。

在实验器材规格的选择上，实验原理也有很重要的作用。比如，单摆测定重力加速度的实验中，实验的原理是从单摆模型（一个不可伸长的细线下挂一个质点组成的系统）得到的，为此，细线和摆球的选择就有了方向；再比如用电流表和电压表测量电阻，要求电压表测量的是端压，电流表测量的是总电流，因此只能采用将电压表直接并在电源两端的连接方式，而且滑动变阻器的电阻不宜超过50Ω。

2）实验原理是确定实验步骤的前提

实验的原理直接关系着在实验中如何制定实验操作的步骤。比如说研究电磁感应现象，关键在于明确原磁场发生变化的时候，感应电流的磁场如何变化。原磁场很方便确定，感应电流的磁场如何确定呢？很显然要知道副线圈的绕向；绕向知道了，电流的流向如何判断？还要明确电流的流向和电表指针偏转方向的关系。将这样的分析思路倒过来，就可以得到本实验的操作步骤了。

3）实验原理的分析实验误差的前提

有很多实验，由于实验原理的缘故，本身就带来了实验的系统误差。结合实验原理来分析这些误差，是合理选择实验方法的前提。比如说凡是同时用电压表和电流表进行实验测量的电学问题，两个量的测量经常就是矛盾的，一个量测量准确了，另一个肯定存在误差，这时就要通过误差分析选择如何才能减小系统误差对实验的影响。

2．要关注测量工具的量程

测量工具的量程，对实验的设计和器材的选择也有很重要的影响。这实际上反映了器材选择的以下几个原则：

1）可行性原则。现在实验室能够给我们提供的器材和测量工具，是我们开展实验的基础。比如说刻度尺，实验室配备的最长刻度尺是 1米长的，如果一个待测长度超过1米，将无法测量，这就限制了在单摆的实验中，并不是摆长越长越好，最大长度不能超过1米。

2）安全性原则。主要在电学实验方面，如果电表通过的电流过大，就会使得指针超过量程，造成电表损坏。在选择电表的时候，量程的确定是要特别关注的。

3）准确定原则。这取决于测量工具的最小刻度，即精确度。不同量程、不同规格的测量工具，其精确度有很大的差异，考虑实验时，要兼顾到这些差异，使其满足实验的需要。

4）方便性原则。有的时候，几个测量工具都可以使用，选择的时候就要关注它们在操作的时候那个更方便。比如说我们现在需要一个阻值变化为20Ω的滑动变阻器，现在手里面有一个0～20Ω的滑动变阻器，还有一个0～200Ω的滑动变阻器，那就只能选择前者。因为后面一个可以利用的范围太小，在90％的范围内移动滑动触头，对电路没有什么贡献，最后的10％虽然有贡献了，但触头移动的空间太小，手一碰可能就是几十欧姆，调节起来很不方便。

3．要关注数据的采集和处理

数据采集之前，要让学生思考有没有数据记录的表格，如果没有，这样的表格应该如何设计。采集数据的过程中，也有很多的问题需要提醒学生注意。一是要培养学生的合作学习的态度和意思。不少实验一个人是没有办法完成操作的，比如说力的平行四边形法则的研究，一个同学用两个手分别拉两个弹簧秤的时候，一定需要另一个同学记录作用点、力的大小和方向；用DIS研究波义耳定律的时候，一个同学在那里拉注射器，另一个同学就要进行数据采集。二是要关注数据的真实可靠。特别是涉及到两个变量的数据问题，这两个量应该是同一个状态下得到的。

数据的处理通常有三种基本的方法：

1）代数计算法。这是一种基本的数据处理方式，但比较繁琐，一般情况下要求不高，考试的时候也很少考到。

2）列表法。列表的方式和同学们采集数据的时候所用的记录表并不完全相同，它要求自变量等距分布（如果测量数据并不等距，通常需要根据测量得到的数据再进行外推或者内插），这样通过；列表就可以直接看出因变量随自变量的变化特点了。这种方法平是在高中用的也不是很多。

3）作图法。就是根据测量采集的实验数据，选择合适的坐标进行绘图，从图象中获得实验结论的方法。这时老师们用的比较多的方法，也是考的比较多的方法。在使用作图法的时候，要关注以下几点：第一，要尽量使图线位于坐标的中部位置。这就要求合理确定坐标的标度，包括是否从0开始设置标度；第二，要区分实验存在误差的数据点和测量出现错误的数据点，勇于舍弃那些错误的数据点；第三，所有的图线只有化曲为直，才能利用截距、斜率、面积等进行分析；第四，已知实验规律的图线，要用平滑的曲线或者直线表示事物变化的规律，对于一些探究性的实验，如果物理规律是未知的，那么数据点之间要用一个个的线段依次相连，整体表现出一个折线段。