自己不善于做实验,说一句招人不待见的话,对“物理是一门以实验为基础的学科”这句话不是十分赞同,但我不否认实验对物理学的重要性,但更重要的是思维。做好实验需要知道的理论太多了,优秀的实验物理学家,首先还是一个优秀的理论物理学家,没有理论支撑,实验几乎就没法做,怎样设计需要理论,设备调试需要理论,测量哪些量需要理论,分析结果还需要理论。物理学的概念、规律是整个物理大厦的组成部分,实验一方面是检验这些规律在一定条件下的正确性,再一方面是利用规律来用于改造现实世界(若这种行为也可以算作实验的话)。
物理学发展到现在,能就地取材做的实验,应该已经做完了。现在的实验,已经是人为精心设计的结果,在做实验之前,已经经历过了理论上的检验,若理论检验不过关,已经没有做的必要了,否则,就是对资源的极大浪费。
说点离职业近点的事。高考的实验题,多数学生觉得比较头疼,但我自己的感觉,高考的实验题,基本上是纸上谈兵,而且答案多数就隐藏在题干里。实验做与不做,从目前纸笔为工具考查实验的角度来说,实验的得分并不能反映做与不做的差别。
之所以这样考,是因为现实条件不允许,把实验全部上台操作,时间成本太大。
高中实验常以力学和电学实验为主。力学放开实验目的不谈,“测量”的物理量几乎是固定的几个,长度、速度、加速度这三个度的大小,这几乎就把力学实验全装进去了。长度直接测量,所有仪器有常规的、精细的,常规就是刻度尺,精细就是游标卡尺、螺旋测微器,对于速度、加速度的大小,还需要辅助以时间测量。打点计时器、光电门是测量时间的常规仪器,秒表还很少见,机械秒表的读数还能算是个考点,不过即使从没见过机械秒表,看看表盘的指针、刻度实图,读数也就没问题了。若这个上还存在问题,只能很抱歉地说学习物理存在思维上的大问题。
电学实验以电路为主,测电阻、电源电动势及内阻是常见考点,难点一堆,实质就是考串并联电路特点及考虑电表的电阻。惯性思维下改变惯性需要付出极多的时间成本。
数据处理算是至难了,实验设计几乎已不再考查了,测量方面的主要考点就是读数、有效数字、几位小数的问题,犯错的概率还是极大的,一说就知道错了,下次还会不由自主地再犯,根深蒂固的思维缺陷无法彻底解决。
数据处理常见的是图像法,自认为列表计算处理应该退出舞台了,原因就是因为计算机的普及,数据处理可以借助机器处理的更精确,对于坏数据的处理也比较方便。图像法处理数据时,高中阶段多用线性图像。根据有限的经验得出的结论是:考查线性图像,多与函数挂钩,利用物理规律得出函数关系,再从数学角度分析,然后再次还原为物理实际。
某学习小组的同学利用如图1所示装置测定物块与木板OP间的动摩擦因数µ1以及物块与水平面间的动摩擦因数µ2。木板O端与水平面光滑连接(物块在此处运动不损失机械能)且能绕O端在竖直平面内转动。实验过程如下:
①用刻度尺量出木板OP的长度L;
②将木板倾斜固定,测得其与水平面的夹角θ;
③将物块从OP板上P端由静止释放,最终停在水平面上的Q点,测得O、Q间距离x;
④改变木板倾角,重复②③,测得多组θ、x;
⑤利用多次测量的数据绘出x/cosθ—tanθ的图像,如图2所示。
(1)x/cosθ—tanθ图像的数学表达式为_____(用题目所给的物理量符号表示);
(2)若图像中横轴截距为a,纵轴截距为-b,则µ1=_____,µ2=_____。(用L、a、b表示)
解题,个人观点是没必要对选择、实验、计算题进行严格的区分,无非是条件和问题的调换。
把本题当一个计算题来处理,已知条件为L(不变)、θ、x(成对多组出现),µ1、µ2为所求变量。属于单体分段恒力问题,牛顿运动定律和功能关系都可以求解(建议用功能关系中最常规的动能定理)。利用所选规律找出x/cosθ—tanθ间的函数关系,对用图像求解相应问题即可。
变化一下条件和设问方式,选择、计算都可命题。
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