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1、《驗(yàn)證牛頓第二定律》實(shí)驗(yàn)試題賞析
高中物理《考試大綱》規(guī)定的力學(xué)部分的六個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，《驗(yàn)證牛頓第二定律》的實(shí)驗(yàn)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(duì)學(xué)生的思維分析能力和實(shí)驗(yàn)操作能力提出了較高的要求，是考綱規(guī)定的十一個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（包括電學(xué)部分）中的難點(diǎn)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(guó)、自主命題省份）都有所考查.本文擬根據(jù)《考試大綱》中的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蠹皩?shí)驗(yàn)試題的核心器材進(jìn)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(guò)程）.
一、基于教材的基本實(shí)驗(yàn)
（1）完成下
2、列實(shí)驗(yàn)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(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一系列的點(diǎn).
②按住小車，在小吊盤中放入適當(dāng)質(zhì)量的物塊，在小車中放入砝碼.
③打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車，獲得帶有點(diǎn)列的紙帶，在紙帶上標(biāo)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(fù)步驟③.
⑤在每條紙帶上清晰的部分，每5個(gè)間隔標(biāo)注一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).測(cè)量相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距s1，s2，….求出與不同m相對(duì)應(yīng)的加速度a.
⑥以砝碼的質(zhì)量m為橫坐標(biāo)，1a為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上做出1a-m關(guān)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(yīng)成關(guān)系（填“線性”或“非線性”）.
（2）完成下列填空
（）本實(shí)驗(yàn)中，為了保證在改變小車中砝碼的質(zhì)量時(shí)，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(yīng)滿足的條件是.
賞析此題來(lái)源于教材，與教材實(shí)驗(yàn)裝置一致，但實(shí)驗(yàn)的一些做法與教材不一樣，并且設(shè)問(wèn)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，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(biāo)、1a為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上做出1a-m關(guān)系圖線，從而驗(yàn)證“在外力一定的條件下，物體的加速度與其質(zhì)量間的關(guān)系”.與學(xué)生熟知的教材實(shí)驗(yàn)的區(qū)別有二.一是教材中處理實(shí)驗(yàn)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(biāo)，以加速度a縱坐標(biāo)，做出a-1M+m圖像；二是質(zhì)量?jī)H為小車上砝碼的質(zhì)量.這要求考生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、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(guān)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(shí)驗(yàn)相融，公式與圖像并美”.該問(wèn)雖是常規(guī)的“數(shù)形結(jié)合”類題目，但在寫1a=f（m）函
5、數(shù)表達(dá)式時(shí)要特別注意此式中的m應(yīng)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(yàn)證牛頓定律實(shí)驗(yàn)基本原理的掌握、運(yùn)用圖像處理數(shù)據(jù)的能力的同時(shí)，通過(guò)“變式”變換設(shè)置了兩個(gè)難點(diǎn)考查考生的思維的縝密性、靈活性和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力.
案例2（2012年安徽卷 節(jié)選） 圖1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮?
賞析本題是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的基本考查.分別考查了考生平衡摩擦及檢驗(yàn)的方法和紙帶的處理（求加速度）的能力.最大的亮點(diǎn)是第二問(wèn)：將M遠(yuǎn)
6、大于m這一抽象的實(shí)驗(yàn)要求具體化.考生對(duì)實(shí)驗(yàn)中“當(dāng)M遠(yuǎn)大于m時(shí)，用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)Φ拇笮 钡那疤釛l件背的滾瓜爛熟，但具體到實(shí)驗(yàn)操作時(shí) “M和m”的取值問(wèn)題，若沒(méi)有實(shí)際做過(guò)該實(shí)驗(yàn)，考生可能會(huì)顯得束手無(wú)策.
在具體的實(shí)驗(yàn)操作中，“M遠(yuǎn)大于m”的取值條件：M是m的3～5倍以上.
從此問(wèn)可以看出，命題人對(duì)中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的期望，是一種“能力發(fā)展觀”，在高考中對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的考查，盡管是“紙筆測(cè)驗(yàn)”，但命題時(shí)還是力圖通過(guò)“紙筆測(cè)驗(yàn)”來(lái)考查考生的包括實(shí)驗(yàn)操作能力在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，他們?duì)實(shí)驗(yàn)的考查要求強(qiáng)調(diào)了如何“操作”，要體現(xiàn)的是“只有動(dòng)手做過(guò)實(shí)驗(yàn)才能得分”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念.
7、
二、源于教材中驗(yàn)證牛二律實(shí)驗(yàn)原理的延伸與拓展
（3）小車做勻加速運(yùn)動(dòng)的合力是砝碼、砝碼盤的總重力，在計(jì)算小車的合外力時(shí)未計(jì)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(duì)教材中驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)原理的拓展和延伸，避免了考查原實(shí)驗(yàn).課本上的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量時(shí)，細(xì)繩對(duì)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(shí)我們應(yīng)注意和教材中實(shí)驗(yàn)對(duì)照，從實(shí)驗(yàn)原理和創(chuàng)新上多思考.
賞析本題將教材中基本的力學(xué)模型--斜面模型，力學(xué)中的重要規(guī)律――牛頓第二定律，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的探究性、創(chuàng)新性綜合在一起全面考查學(xué)生的綜合分析能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性 .
《考試大綱》對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笥忻鞔_說(shuō)明“…對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，并制定解決方案；…”.該實(shí)驗(yàn)的最大亮點(diǎn)是第（2）問(wèn)，對(duì)消除摩擦阻力的方案的評(píng)價(jià).對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)，主要是從誤差分析角度利用學(xué)過(guò)的物理理論進(jìn)行相關(guān)分析，進(jìn)而達(dá)到“控制實(shí)驗(yàn)條件”的目的.
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《驗(yàn)證牛頓第二定律》實(shí)驗(yàn)試題賞析
