力学实验创新试题的解题策略

力学实验创新试题的解题策略

成都双流中学（610200）黎国胜

学宛新报

物理实验是高考的必考内容，一般考查学生对基本仪器的使用、实验过程是否了解、实验原理的掌握、数据处理方法、误差分析。经过若干年的演变，实验试题的分值、试题模式已基本固定。

但是历年来学生在实验方面失分较多，特别是近年出现的创新型实验试题得分率更低。实验创新型试题从不同内容、不同层次、不同角度全方位考查考生的实验能力，较好地区分和鉴别了学生的实验能力，成为试卷的难点和亮点。

实验创新型试题不是无本之木、无源之水，更不是天上的云——来无影、去无踪。相反，它必源于教材但又高于教材。经过初步分析，我把实验创新型试题划分为四大类：实验原理创新型、测量方法创新型、数据处理创新型、新型器件(测试)创新型。不管是哪一类创新型实验试题，都能在教材中找到其原形。因此，要解答这类创新型实验试题，一是要深刻理解教材实验的原理、数据处理的典型方法，对常用仪器、仪表的使用要了然于胸。二是要培养迁移能力，在反复阅读创新型实验试题后，要能在大脑中快速检索出对应的教材实验，比较二者的异同，在试题与学过的教材实验之间建立起联系，把教材实验的原理迁移到新试题中。解题步骤就是：理解题意、联系教材、比较异同、寻找规律、正确解答。

例1：图1是“研究匀变速直线

运动”实验中获得的一条纸带，O、

A、B、C、D和E为纸带上六个计数

点。加速度大小用a表示

①OD间的距离为cm

②图2是根据实验数据绘出的s—t2图线（s为各计数点至同一起点的距离），斜率表示，其大小为m/s2(保留三位有效数字)。

解析：阅读试题，迅速与教材实验建立联系，比较异同。同的部分，把教材实验的方法拿过来就用的；异的部分则需要搜寻物理规律，根据物理规律、实验目的进行分析。

本题所叙述的实验“用打点计时器研究匀变速直线运动”显然是教材实验，第（1）问的考查内容却是长度的测量，根据刻度尽的读数规则要估读一位，因此读出12mm，再估读一位0，所以结果应是1.20cm。

这里要注意刻度尽的起点不是0。

教材求加速度的方法是逐差法。本题求加速度的方法显然不同于教材的方法。读题及图后，立即在大脑中搜索匀变速直线的规律：2

02

1at t v s +

=。从位移——时间公式可得，位移与时间的平方要成正比图

象才会是一条直线，初速度必为0，且直线的斜率必等于a/2。

答案：1.20 a/2 0.933

例2：某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图3所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪短细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H 、滑块释放点与挡板处的高度差h 和沿斜面运动的位移x 。（空气阻力对本实验的影响可以忽略） ①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________。 ②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________。 ③以下能引起实验误差的是________。

a ．滑块的质量

b ．当地重力加速度的大小

c ．长度测量时的读数误差

d ．小球落地和滑块撞击挡板不同时

解析：显然本实验不是教材实验。但从题中叙述的实验过程、实验目的来看，实验原理尽在平时学习的物理之中。题中叙述了两个物理，一个小球，一个是滑块。小球做自由落体运动，加速度为0，加速度为g ；滑块显然在斜面上做初速度为0的匀加速直线运动。二者的联系是什么？这是关键。从题意可知，二者的运动时间相同。一把尺子量出它们运动的位移H 、x 及斜面的高度，根据已有的知识可得：

2

2

2

1,2

1at x gt H =

=

则有：H x g a //=

由于x 、H 测量出来了，g 作为已知，可以求出a 。再由牛顿第二定律可得： ααα

μαcos sin cos sin g g m

mg mg a -=-=

根据几何知识可得：x

h x x

h 2

2cos ,sin -=

=

αα

联方以上方程可得：2

2

2

1)

(h

x H

x

h --

=μ

分析动摩擦因数的表达式，看看测量结果与哪些因素有关。不难发现：动摩擦因数与当地重力加速度

x h

H

图3

无关，与滑块质量无关，所以第三问前两项不能选。与长度H 、x 有关，把以c 要选。由于操作者要根据二者与地面、木板碰撞的声音来判断运动是否同时，这个判断肯定是不准确的，要带来误差，所以要选d 。 例3：如图4，磁铁A 、B 的同名磁极相对放置，置于水平气垫导轨上。A 固定于导轨左端，B 的质量m=0.5kg ，可在导轨上无摩擦滑动。将B 在A 附近某一位置由静止释放，由于能量守恒，可通过测量B 在不同位置处的速度，得到B 的势能随位置x 的变化规律，见图6中曲线I 。若将导轨右端抬高，使其与水平面成一定角度(如图5所示)，则B 的总势能曲线如图6中II 所示，将B 在20.0x cm

=处由静止释放，求：(解答时必须写出必要

的推断说明。取29.8/g m s =)

(1)B 在运动过程中动能最大的位置； (2)运动过程中B 的最大速度和最大位移。

(3)图６中直线III 为曲线II 的渐近线，求导轨的倾角。

解析：

本题初一看，似乎全新，教材上从来没有过。但仔细分析，你会发现题中叙述的物理情景及物理原理全在教材中。题中透露出的关键字句：能量守恒。导轨水平放置时，B 在导轨上运动，不计摩擦，A 、B 同名磁极相排斥，B 显然动能不断增大，当然势能必不断减少。

导轨右端抬高后，从较远的位置由静止释放B ，磁极间的排斥力先小于重力沿斜面向下的分力，合力沿斜面向下，B 沿斜面向下加速度运动，速度选增大。由于两磁极间的距离减小、排斥力增大，某个距离时合力必为0，此时速度最大、动能最大、势能最小；以后速度必减小、动能减小，势能又增大。 (1)势能最小处动能最大，由图线II 得cm x 0.6=(在5.9 ~ 6.3cm 间均视为正确)

(2)由图读得释放处势能0.90p E J =，此即B

的总能量。出于运动中总能量守恒，因此在势能最小处

图6