图像类实验题的常见错误及改进策略

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  1 学生在物理实验图像处理中的常见错误
  1.1 作图不够规范
  物理实验中的作图比较典型的有:单摆周期T2与摆长L的图象、伏安特性曲线、加速度a与F、图象等,这些图象普遍受到重视,但统计表明:学生对于光路图与力的矢量合成图的规范不够明确.例如2012年浙江理综高考第21题,在“测定玻璃的折射率”实验中第1小题中要求作出完整的光路图,常见错误如图1所示,主要问题有:光路图中少箭头、虚实不分;三棱镜内光线未画;折射点寻找错误.
  例如2012年浙江理综高考第22题 “探究求合力的方法”实验中第2小题要求学生在答题纸上画出这两个共点力的合力F合.学生在作图过程中存在的主要问题有:少箭头、少标度、没刻度、虚实线不分、合力偏离OA方向很大角度等.
  此题的得分率并不高,因为在平时的教学过程中,我们往往是根据描出点的趋势进行作图.一种是画直线,使尽量多的实验数据点通过这些直线,另一种是画曲线,用平滑的曲线将描出的点连起来.此问题中拐点处怎么会是折线呢?学生在此处容易出错.这说明,学生对“何时画光滑的曲线,何时画折线”的认识不够到位.
  1.3 语言表达能力薄弱
  2010年浙江高考理综第21题第2小题中,已作出电阻随电流的变化曲线如图3所示,要求学生指出图线的特征,并解释形成的原因.
  在描述此图象特征时,根据其走势,可分为三个区间进行描述.学生在处理此问题的过程中,其特征的表述不够全面,很多学生都将图象分成两个区间进行描述,导致解释其形成的原因亦不够全面.
  1.4 不够严谨细致
  2013年浙江高考理综第22题“测电源的电动势和内阻”实验中,用作图法求得电池的内阻r.在此题的处理过程中,需要建立合适的坐标,画出图象,并根据图象的相关知识求出电池的内阻r.画出图象是基本要求,要将内阻r 确定出来,则需要在原图象的基础上,获取相关的实验数据点,进而求得r.若没有严谨细致的态度,则求得的r与参考答案给出的区间会有出入.
  2 改进学生物理实验图像处理能力的策略
  2.1 调整实验复习的内容
  2.1.1 明确实验中常用图像的作图规范
  光路图的作图规范
  实线与虚线:真实存在的线用实线,辅助线用虚线,实际光线的反向延长线画成虚线.光的折射光路图中反射光线用实线,法线画虚线.
  箭头:在实线线段上必须标注箭头,表示光真实传播的路径.箭头最好画在线段的中间.虚线上不要画箭头.
  2.1.4 培养耐心作图习惯
  作图的规则
  选用合适的坐标纸;标明坐标轴名称、单位,选择合适的标度;图上连线应是光滑的曲线(或直线),连线时不一定要通过所有的数据点,让实验数据点大致均匀分布在图线附近,对于个别离线较远的点可以舍弃.
  在数据描点完成后,画直线还是曲线,一是看其走势,二是需要结合已有的背景知识.若在同一个图中描绘不同物质的同一个物理量,则相应的点利用折线相连接.
  例2 在探究单摆的振动周期T和摆长L的关系实验中,某同学在细线的一端扎上一个匀质圆柱体制成一个单摆.该同学改变摆长,多次测量,完成操作后得到了表2中所列实验数据.请在坐标系中画出相应图线.
  学生根据实验数据,在坐标纸上找到相应的实验数据点,根据实验数据点的趋势,画出的图如图7、图8所示,应该都十分美观.但根据单摆的周期公式T=2π可知,T与L不可能是一次函数关系,故图7不正确,图8正确.由此可见,已有的背景知识为我们作图提供了一定的线索.
  2.1.5 提高解释图象规律的语言表达能力
  用语言来表述物理规律,描述物理现象是物理实验考查的难点之一.有时需要学生指出实验中的不当之处,如“该同学正确选择仪器后连接了以下电路,为保证实验顺利进行,并使测量误差尽量减小,实验前请你检查该电路,指出电路在接线上存在的问题”;有时是考查实验误差的相关内容,如“写出一条提高测量准确度的建议”;有时是考查相关的实验仪器的选择,例如“为了更好的测量劲度系数,在选用钩码时需考虑的因素有哪些”.与图象有关的语言表述题主要是描述图象的特征,比较图象,解释图象形成的原因.我们可以从问题的设置入手,通过与反例对比寻求突破.
  (1)从问题的设置入手作答
  例3 为了探究受到空气阻力时,物体运动速度随时间的变化规律,某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置.实验时,平衡小车与木板之间的摩擦力后,在小车上安装一薄板,以增大空气对小车运动的阻力.从纸带上选取若干计数点进行测量,得出各计数点的时间t与速度v的数据,画出小车的v-t图,如图9所示.通过对实验结果的分析,该同学认为:随着运动速度的增加,小车所受的空气阻力将变大,你是否同意他的观点?请根据v-t图象简要阐述理由.
  在处理此问题的过程中,首先明确此小题有两个小问题,即“是否同意”和“根据图象简要阐述理由”.在此基础上,首先明确他的观点是正确的,即“同意”,进行解释“在v-t图象中,速度越大时,加速度越小,小车受到的合力越小,则小车受空气阻力越大.”
  (2)与反例相比较突破
  例4 在探究单摆的振动周期T和摆长L的关系实验中,根据实验数据画出T-L的图象如图10所示,根据此图象,你能得到关于单摆的周期与摆长关系的哪些信息.
  面对此问题时,学生感觉无从下手,应该从哪些方面入手进行阐述.
  我们可以通过熟悉的已知图象找到突破点.学生在实验的过程中,比较熟悉的图象如图11所示,在T2-L图象中是过原点的一条直线,那么,从这条直线,我们可以获取哪些信息?首先,摆长越长,周期越长.其次,T2与L成正比或成线性关系,其比例函数是一个确定的值.那么,在图10中,类似的可以表述为:摆长越长,周期越长(简单的定性描述);周期与摆长是非线性关系(半定量描述);随着摆长的增加,周期增加,周期增加量与摆长增加量的比值在减小(描写讨论变化趋势,更进一步).
  2.2 改变实验复习的策略
  2.2.1 走进实验室
  学生走进实验室,对于考试说明上的实验进行具体操作,熟悉实验操作的步骤,务必对实验各环节烂熟于心.
  2.2.2 找错误
  将学生在画图过程中典型问题,通过拍照的形式记录下来,然后在上课时通过多媒体,让学生自己进行评价.在描绘小灯泡的U-I图象中,几位同学画出了不同的U-I图象,有的未用滑块的曲线连接各点;有的图线未进行延伸;大部分的图象比较完美.
  3 有的放矢,逐步提高物理实验图像处理能力
  通过以上的复习策略,逐步提高学生物理实验图像的处理能力.
  3.1 细化实验复习内容,提高复习的有效性
  在高三的复习过程中,如何对物理实验进行复习,这是一个非常值得探讨的问题.在一轮复习中,学生在教师的引领下,结合《考试说明》,对每个实验进行了逐个复习.那么,在物理二轮复习的过程中,如何复习实验呢?若再次对实验进行逐个复习则时间上不允许,复习效率也不高.这就要求我们研究考题,采取适当的措施,对实验进行针对性复习.结合以往学生作图不够规范、不知道画直线、光滑的曲线还是折线、语言表达能力薄弱、不够严谨细致等问题,采取了明确实验中常用图像的作图规范、强调从图像获取信息的一般步骤、研究表示探究规律的不同图像、作图时耐心作图、提高解释图像规律的语言表达能力等措施,教师与学生都感觉教学效果较好.
  3.2 改变复习策略,提高复习的针对性
  改变以往“纸上谈兵”的复习模式,让学生对已做实验重新进行操作,熟悉实验步骤,明确实验注意点.学生在考试中实验题的得分率逐步提高,取得了一定的效果.
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