高考物理实验复习中的理性思维
江苏 刘小兵

    《考试说明》对实验能力的要求是：能在理解的基础上独立完成学生实验，明确实验目的，理解和控制实验条件；会用在这些实验中学过的实验方法；会正确使用在这些实验中用过的仪器；会观察、分析实验现象，会处理实验数据，并得出结论。这里提到的 “ 理解 ” 、 “ 明确 ” 、 “ 分析 ” 等就是实验对思维能力的具体要求。
    物理实验是一种积极的创造性活动，根据实验目的、确定实验设计、实验实施 ( 观察、记录、具体操作 ) 和实验结果的分析处理及误差分析。整个过程自始至终充满了理性思维的光辉。因而，在高考物理实验复习中，应特别注重理性的培养和训练，以理性思维这根红线贯穿所有实验。

一、通过理性思维，深刻理解实验思想和方法。

1 、比较法：
物理实验中常通过对一些物理现象或物理量的比较，来达到异中求同或同中求异的实验目的，即比较法。它是物理实验中最基本的方法。例如，测量某一物体长度时，可用米尺和物体长度进行比较，得出物体长度的测量值。又如天平也是一种典型的利用比较方法测量的仪器；再如自感现象的观察，光谱分析等也是运用比较法设计的。

2 、放大法：
把被测的量按一定规律放大后再进行测量，这种方法称为放大法。
(1) 累积放大法：累积法在测量较小的物理量时能有效减小测量误差。例如测量细导线直径的 “ 测多算少法 ” ；再如在单摆实验中用秒表测量单摆摆动周期时，测出单摆完成 30 次全振动所用的时间，再求出摆动周期。
(2) 机械放大法：螺旋测微器 ( 千分尺 ) 就是利用机械放大进行长度测量的精密仪器。根据其结构和测量原理，它的螺杆微小微移的放大倍数 K=ЛD/L (D 为套筒直径， L 为螺杆的螺距 ) 。若 D=16mm ， L=0 ． 5mm ，则 K=100 。
(3) 光学放大法：在中学物理实验中，典型的有卡文迪许实验及显示微小形变的装置。

3 、换测法 ( 间接测量法 ) ：
将不易直接测量的物理量转化为几种易测的物理后再进行测量的方法称为换测法。这是物理实验常用的技法之一，高考要求的是测量物理量的 7 个学生实验 ( 分别是测量加速度、重力加速度、电阻率、电池的电动势和内电阻、电阻、玻璃的折射率和凸透镜的焦距 ) ，几乎都用到了换测法。例如测定金属丝的电阻率 ρ ，根据电阻定律 R=ρL/S ，把 ρ 的测量转换为 R 、 L 、 S 的测量，而 R 的测量又转换为 U 、 I 的测量， S 的测量又转换为金属丝的直径 d 的测量等等。

4 、模拟法：
在科学研究中，因受客观条件限制，不能对某些自然现象进行直接实验，这时可以人为地创造相应的条件和因素，在人工仿真模拟的条件下进行等效实验。例如 “ 用描迹法画出电场中平面上的等势线 ” 实验中，因对静电场进行直接测量很困难，故采用易测量的电流场等效模拟。
当然，常用的实验方法还有平衡法 ( 如 “ 验证牛顿第二定律 ” 实验中摩擦力的平衡，用粗糙的斜面等效替代光滑水平面 ) 、共轭法 ( 如测定凸透镜的焦距 ) 、替代法、补偿法、近似法等等。
以上实验思想和方法无不是理性思维的结晶，我们只有通过理性思维活动，才能转化为自己的思维策略，才会在设计实验时自觉运用学生实验中体现的实验方法。

二、通过理性思维，全面分析实验过程。

确定了实验目的和完成实验设计后，实验的实施包括测量什么，怎样测量、如何保证实验所需条件，还包括排除干扰和故障．克服某些意料之外的困难等等，这里虽然有许多具体的操作，但理性思维亦始终居主导地位，因为任何观察测量必须伴以缜密的思考、严谨的分析、严格的推理，也才能恰当处理实验的各个环节，有效地获得实验现象和实验数据。闪耀着理性思维的光环．理解和分析这些处理方法能有效提高我们的实验素质。

三、通过理性思维，正确处理实验数据。

    实验结果的分析处理是实验过程中非常重要的步骤，只有通过去粗取精、去伪存真的加工制作，才能获得可靠的实验资料。对实验结果的分析处理必然深入到事物的本质、联系和规律，也只有通过理性思维才能有效地把握。
    对实验数据进行分析处理的方法常有计算法 ( 应注意剔除粗大误差的坏数据 ) 、作图法。运用图线来分析实验结果简明直观，且易于显示内在规律，在中学物理实验中经常采用。在直角坐标系中，以横轴代表自变量，以纵轴代表因变量，一般以被测量为变量，坐标轴的分度应和测量的有效数字位数对应。作图时，尽量让尽可能多的点通过直线，且让不在直线上的点均匀分布在直线的两侧 ( 如测定金属丝的电阻率实验中的 U-I 图 ) ，这样做的物理意义是取平均值和弃去坏数据；有时为了使获得的图线是一条直线，而将被测置的数据作某种变换后作为变量，如验证牛顿第二定律中作 a-1/m 图，研究电磁振荡周期 T 与电容 C 的关系时，作 T2-C 图。 “ 化曲为直 ” 的好处是：一方面便于描绘图象，另一方面直线的斜率和截距往往包涵着有意义的物理内容。我们还可以运用图象分析实验误差，以寻求尽可能减小实验误差的方法和途径。

    总之，在高考物理实验复习中，不仅应注意实验条件的控制，正确地操作和测量，更应注意思考实验目的、实验思想和方法、实验设计策略以及实验结果的含义等等。尽可能地培养和训练我们的理性思维能力，这是提高高考物理实验复习效益的有效手段。更是提高科学素养的基本途径，以保证我们的可持续发展。 （刊于《物理教学探讨》 2000.2 ）

作者简介：刘小兵，男， 1970 年生，江苏南通人。南京师大教育硕士，中学一级。多年任教高三毕业班，教学实绩显著，屡获奖励。在《中学物理教学参考》、《当代教育科学》（中文核心期刊）、《中学生学习报》、《中学生科学报》等上发表论文近百篇。

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