物理实验结论表述方法的常见错误分析

吴兰芳 张圣军

(1.山东省平邑镇第一中学,山东平邑 273300; 2.山东省平邑兴蒙学校,山东 平邑 273300)

实验结论的表述是学生学习的重要难点之一.概括初中物理探究性实验结论的表述可分为:定性关系(即:在……相同时,……越……,……越…….)和定量关系〔(在……相同时,……跟……成正比(反比)〕两种基本类型.针对这两种表述方式,在归纳实验结论时,主要采用“控制变量法”.所谓的“控制变量法”是指:为了研究某物理量同影响它的多个因素中的一个因素之间的关系,可将除了这个因素以外的其他因素都人为地控制起来,使它们保持不变,以便观察和研究某物理量与该因素之间的关系.

调查、分析学生的学习情况,可将常见错误概括为以下几种类型:

1 结论表述缺少规律成立的实验条件

例1.(2009年泰安)小明同学在探究“压力的作用效果跟压力大小的关系”时,做了如图1所示的实验.比较甲、乙实验能够得到的结论是

图1

错误结论:(1)压力越大,压力的作用效果越明显.

分析:本实验是在保持海绵的受力面积大小不变的情况下,比较凹陷程度得出压力作用效果跟压力大小的变化关系.因此,结论表述时不仅要描述所探究的物理规律,还要客观地指出这一规律所成立的实验条件.应得出的结论是:“在受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显”.在这段描述中,“在受力面积相同时”,讲的是实验条件,“压力越大,压力的作用效果越明显”则是物理规律,如果缺失了实验的前提条件,则规律并不一成立,如比较图乙与图丙.

正确结论:在受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显.

2 实验条件表述错误

例2.(2009年咸宁)如图2所示,是探究物体的动能、速度和质量有关的示意图.要探究动能跟物体的质量是否有关时,要保持_______相同,即让小球从静止开始从________滚下,研究小球对小盒子做功的大小.

图2

某小组的探究记录如表1

表1

分析实验次数 1、2、3后你得出的结论是:______.

错误结论:当物体的高度一定时,质量越大,具有的动能越大.

分析:本题研究的是动能与质量的关系,由于影响小球动能的因素有两个:质量和速度,因此研究动能与质量的关系时应采用控制变量法,即在保持小球的速度不变的条件下,改变小球的质量,来研究动能与质量的关系.本题实验中让质量不同的钢球从同一斜面的同一高度滚下,只是控制小球到达斜面底端时的速度保持不变的一种方法.因此在表述动能与质量的关系时,它的实验条件是:使小球到达斜面底端时的速度不变,而不是小球的高度不变.

正确结论:当物体的速度一定时,质量越大,具有的动能越大.

3 结论表述不准确(定量关系与定性关系混为一谈)

例3.(2009年潍坊)小明同学在探究“保持电压不变时,电流跟电阻的关系”时,得到的数据如表2.

表2

分析表中的数据,可以得出的结论是:______.

不准确结论:在电压相同时,导体的电阻越大,导体中的电流越小.

分析:在描述实验结论时,不仅要有正确的实验条件,而且在描述各物理量之间的关系时,其定量关系不容忽视,如果各物理量之间仅仅是存在一种变化趋势并无确切的数量关系(如例1、例2),则为定性关系,在表述实验结论时使用:“在……相同时,……越……,……越…….”的模式;若一个物理量随另一个物理量的变化而变化,且变化趋向间存在着一定的数量关系,则为定量关系,在表述实验结论时,则使用:“在……相同时,……跟……成正比(反比)”的模式.本题中,随着电阻的增大,电流减小,且电阻增大的倍数等于电流减小倍数的倒数,所以为定量关系,应采用“在……相同时,……跟……成正比(反比)”的模式.

正确结论:在导体两端的电压相同时,导体中的电流跟电阻成反比.

4 结论表述的因果关系颠倒

例4.(例题内容同例 3)

错误结论:当导体两端的电压一定时,导体的电阻跟通过导体中的电流成反比.

分析:结论表述的原因和结果,在物理实验中,通常表现为实验条件和物理现象,实验条件是原因,物理现象是结果.通常情况下是实验条件的改变引起了物理现象的变化.因此要归纳科学规律,一方面要关注实验条件改变与物理现象变化之间的联系,另一方面还要注意两个物理量之间的因果关系,不能前后颠倒.本实验中研究“电流跟电阻的关系”的方法是:保持导体两端电压不变,通过改变导体的电阻,来观察电流的变化情况.也就是说,电阻的变化是原因,电流的变化是结果.因此只能说电流跟电阻成反比,不能说电阻跟电流成反比(电阻是导体本身的一种属性,只与导体的材料、长度、横截面积和温度有关).

正确结论:当导体两端的电压相同时,导体中的电流跟导体的电阻成反比.

5 被研究问题判断错误

例5.某学生在用一根弹簧制作弹簧测力计的实验时,在弹簧的下端挂不同重量的钩码时,对应的弹簧的长度也不同,具体数据见表3.

分析表中的实验数据,你得到的一个重要的结论是:______.

表3

错误结论:物体受到的重力越大,弹簧的长度就越长.

分析:在分析、处理数据时,首先要明确本实验要解决什么问题,需要研究哪些物理量之间的关系,涉及这些物理量变化关系的数据有哪些,也就是说,学生应该具备选择实验数据的能力.

该实验是研究弹簧受到的拉力大小与弹簧伸长量之间的关系,因此在分析实验数据归纳结论时,应表述出这两个量之间的关系.本实验中,钩码受到的重力的大小反映的是弹簧受到的拉力的大小.实验现象表明:弹簧下端所挂的钩码越重,弹簧的伸长量就越大,且随着钩码的总重均匀增加,弹簧的伸长量也均匀地增加,因此可用模式二归纳实验结论.

正确结论:在弹簧的弹性限度内,弹簧的伸长量跟所受到的拉力成正比.

总之,在利用“控制变量法”归纳实验结论时,首先要明确被研究的问题,然后要紧紧抓住实验条件,明确物理现象的因果关系,继而判明各物理量之间的定关系(定性或定量),套入结论表述的基本方式即可.