中学物理实验设计与研究

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1、中学物理 实验设计与研究第一章 物理实验与物理学发展第一节、物理实验在物理学发展中的地位一、物理实验与古代物理学发展 古代物理实验的特点是： 零星不系统； 定量实验较少、定性实验较多； 大多数实验仅限于现象的描述或一般的解释 ，没有进行归纳而形成系统的理论；没有用 实验来检验已有的理论。二、物理实验与经典物理学的发展物理实验的特点：把实验与数学结合起来，既注意逻辑推理，又依靠实验检验，构成 了一套完整的科学研究方法。其程序大致为：有意识地在实验中抛开一些次要因素，创造理想化的物理条件。既 要力求使实验条件尽可能符合数学要求，又要设法改变实验测量的条件 ，使之易于测量。用实验去验证理论。把实验与

2、理论联系起来。对现象的 一般观察提出 假设运用数学和 逻辑进行推理实验 检验形成 理论三、物理实验与现代物理学的发展现代物理实验的特点：实验与物理理论的结合越来越紧密，成为不可分割和相互 依赖的结合体。物理实验更加需要理论（包括实验理论）的指 导，在理论的预测和条件范围内进行，而不是盲目地瞎碰。实验需要更先进的技术和仪器设备。物理实验方法与其他学科的结合和向其他学科渗透，使得 新的实验方法和技术更快地在应用领域得到推广使用。当代前沿的物理实验越来越成为大规模的、集体的、综合 的工程。建立和利用空间实验室，充分利用太空高真空、无污染、 失重等许多天然有利条件。第二节 物理实验的作用2.1物理实验

3、在物理学发展中的作用一、发现新事物和探索新规律。 二、验证理论。 三、测定常数。 四、推广应用。2.2物理实验教学在人才培养中的作用v1.实验是培养创造性人才的必经之路v2.实验教学能创设学习物理的情景，激发学 生学习物理的兴趣与求知欲望v3.实验教学是发展学生探究能力的重要途径第二章 物理实验与物理教学科学实验与教学实验的比较第一节 物理实验在教学中的地位一、实验是物理教学的重要基础 二、实验是物理教学的重要内容 1、物理实验本身就是物理学的不可分割的重要内容。 2、实验教学是物理教学的重要组成部分。 3、实验是培养学生实验能力（特别是操作能力）的保证。 三、实验是物理教学的重要方法。 1、

4、实验是物理学研究的重要方法。 2、实验是教师教物理、学生学物理的重要方法。 四、实验是物理教学的重要手段。第二节 物理实验在物理教学中的作用 一、培养学生的兴趣和激发学生的求知欲。 1、实验具有真实、直观、形象和生动的特点，易于激发学生的学习兴趣。 2、实验是一种有目的性的操作行为。 二、创设学生有效掌握知识的学习环境。 与生活事例相比，实验有下面一些特点： 1、实验具有典型性 2、实验具有重复性 3、实验具有趣味性 4、实验具有定性和定量研究的全面性 三、训练学生的科学方法。 1、实验归纳法。 2、实验验证法。 3、真实实验与理想实验相结合的方法。 4、追溯机遇的方法。 四、培养学生的各种能

5、力。 五、培养学生良好的科学素质。第三章 物理实验的设计与研究v3.1 物理实验仪器的基本知识1.分类：我国教学仪器分为9大类，每类又分为若干小类 如教学仪器的型号：JY1201 2.仪器上的常用符号：检流计：G；电流表：A；电压表：V。 3.常用仪器上的标记：游标卡尺：0.02mm，0150mm分别指 的是精密度和量程；天平:20mg,500g分别指感量和称量。 4.正确操作仪器： 5.熟悉一些基本仪器：如刻度尺、温度计、天平、游标卡尺、 螺旋测微器、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、示 波器等等。3.2 物理实验基本测量方法（1）比较法：待测量与标准具比较。v直接比较（直接测量、直接读

6、数）v间接比较（间接测量为主）（2） 放大法l累计放大：测均匀细丝的直径、测周期。l机械放大：游标卡尺，螺旋测微计，分光计。l光学放大：测微目镜、读数显微镜、光杠杆l电子学放大：放大电路。（3） 转换测量法：l参量转换：杨氏模量；单摆测重力加 速度（测g转换为测L、T）。l能量转换：机械转电，磁转电，光转 电，压转电，热转电传感器。（4） 模拟法以相应理论为基础，不直接研究自然现象或过程的本身，而用类似这些现象或过程的模型来研究。v物理模拟小模型，保持同一物理本质。如水坝、飞机的设计v数学模拟两个不同的现象或过程可以用同一个数学形式来描述，但物理本质不同。如：稳恒电流的电场模拟静电场。v人工智

7、能模拟计算机模拟，预测可能出现的现象和结果。（5） 补偿法：提供一种可调的标准量来 抵消被测量所呈现的作用，对待测量进 行测量。如：惠斯登电桥；电位差计测电动势。（6） 平衡法：天平平衡、电桥平衡3.3 运用误差理论改进实验效果的方法（1）减少系统误差原因：理论方法的误差（单摆周期公式、散热、接 线接触电阻、伏安法中的内接与外接）；仪器误差 ；个人误差；环境误差。发现与消除：理论公式的完善、仪器的校准、实验 条件的满足。找修正值，参数替代。（2）减少偶然误差原因：主观方面：实验者个人感官、操作协调因素。客观方面：实验条件、环境的变化（电、风）减少和消除：增加测量次数（410次）（正 态分布）（

8、3）注意问题：测量的精度、准确度、精确度概念测量的不确定度 被测量 有效数字及其测量结果的表示d=(4.997 0.007)(mm)xx3.4 物理实验数据处理的方法（1）列表法简单而明确地表示物理量之间的关系，便 于检查测量是否合理，有利与计算和分析。（2）作图法在坐标平面上以曲线表示物理量之间的关 系。作用与优点：简明直观（可以多条曲线比较，比列表法形象）图上可以求出物理量（光电效应：eVshf-hf0, 单摆：T2 l)校准仪器的响应曲线线性拟合（3）逐差法对等间距测量的有序数据进行 逐项或等间隔项相减得到结果。优点：可充分利用数据，计算简便。（4)最小二乘法从实验数据求经验方程（函 数

9、关系）由一组实验数据找出一条最佳的拟合直线（曲 线），获得变量之间的函数关系，称为回归方 程。3.5 实验原理的科学性和可行性一、原理的正确性1、不能弄虚做假，制造假象，欺骗学生。但可采取一定的必要的技术手 段。2、原理无错误，但允许有误差。 二、原理的确切性原理与教学中需要说明的问题要一致。 三、原理的可行性1、设计的实验方案从原理上讲并没有错误，但在实施过程中受到装置、 器材、实验条件等限制，而无法实施。2、有些实验虽然在科学性上并没有错误，但其主要的实验原理学生不易 理解，或还未学到。3、原理无误，学生也易理解，但运用教学中，把他们放在一起就会出现 逻辑错误。3.6 实验条件的选择和实验

10、操作实验条件的选择 一、根据实验原理选择实验条件。 二、根据仪器技术指标（参数）选择实验条件 。 三、根据误差理论选择实验条件。 四、根据理论图线选择实验条件。实验操作 一、操作依据。 二、操作的具体要求。第四章新课标下，中学物理实验研究4.1 新课标对科学探究及物理实验能力的基本要求v科学探究要素 对科学探究及物理实验能力的基本要求v提出问题 能发现与物理学有关的问题v 从物理学的角度较明确地表述这些问题v 认识发现问题和提出问题的意义猜想与假设对解决问题的方式和问题的答案提出假设 对物理实验结果进行预测 认识猜想与假设的重要性 制定计划与设计 实验知道实验目的和已有条件，制定实验方案尝试选

11、择实验方法及所需要的装置与器材考虑实验的变量及其控制方法 认识制定计划的作用进行实验与 收集证据用多种方式收集数据按说明书进行实验操作，会使用基本的实验仪器如实记录实验数据，知道重复收集实验数据的意义 具有安全操作的意识认识科学收集实验数据的重要性科学探究要素对科学探究及物理实验能力的基本要求分析与论证对实验数据进行分析处理尝试根据实验现象和数据得出结论对实验结果进行解释和描述认识在实验中进行分析论证是很重要的评估尝试分析假设与实验结果间的差异注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题吸取经验教训，改进探究方案 认识评估的意义交流与合作能写出实验探究报告在合作中注意既坚持原则又尊重他人 有合作精

12、神认识交流与合作的重要性4.2 新课标物理实验教学的基本形式v1.演示实验v2.学生分组实验v3.边教边实验v4.课外实验与制作4.3 新课标中学物理实验框架的建构 v有四个板块：v1.基本仪器使用训练性实验（可融合在验证 性实验、探究性实验中）v在物理实验中都要运用一定的仪器，有必要 对学生进行基本仪器的使用组装训练，使他 们能掌握刻度尺、温度计、天平、游标卡尺 、螺旋测微计、电流表、电压表、多用电表 、滑动变阻器、示波器等的使用。如：“示波 器的使用”实验可以让学生认识电子束在电场 中偏转的原理，知道示波器面板上主要控制 器件的名称和作用，学习和初步掌握示波器 的使用方法。 v2.测定性实

13、验（可融合在验证性实验、探究 性实验中）v这类实验主要是让学生应用所学的物理知识 ，运用一定的仪器来，测定某个物理量或物 理常量。如应用自由落体定律测定重力加速 度，用伏安法测电阻，用油膜法测定分子的 大小等。它可以帮助学生理解物理概念和物 理量的意义，学会运用物理规律，训练基本 的实验技能，学习间接测量的巧妙方法。v3.验证性实验v这类实验的主要目的是让学生通过实验，验 证由已知物理理论推导出的新结论的准确性 ，从而加深对物理知识的理解，培养学生的 推理和分析能力，并训练实验技能。验证性 实验是传统学生实验中的主要类型，在新课 程的实施中任然占有重要的地位，如验证力 的平行四边形法则、验证机

14、械能守恒等。v4.探究性实验v这类实验的主要目的是让学生经历“提出问题提出 猜想和假设设计实验实施实验分析评估交 流”的探究过程，运用归纳概括的思维方法来建立物 理概念和认识物理规律，同时训练一定的实验探究 技能。它具有让学生亲自“发现”的意义,使他们经历 了类似科学家探究物理世界的过程，不仅学习到了 新知识，加深了对物理规律的理解和信任，同时也 体验到了科学探究的喜悦，领悟到一定的科学思想 和精神。通过探究实验不仅能够很好地锻炼学生的 动手能力，而且还能进一步培养学生归纳、概括、 交流的能力以及团队合作精神。v验证性实验和探究性实验都是科学研究中的 基本实验类型，前者是从一般到个别，推理 判

15、断在前，实验验证在后；后者则是从个别 到一般，实验在前，结论在后，是探索物理 规律的主要手段。在中学物理教学中，两类 实验都有重要的作用，不可偏废。4.4 新课标中学物理教材分析（实验）v1.八年级上学期物理实验的教学目标v以引导物理初学者理解物理实验的特点、方法和作 用为目的。带领学生熟悉基本实验仪器，体验探究 过程，重点培养学生良好的物理实验习惯，由浅入 深提高其实验探究能力。v（1）知识与技能：内容涉及声和光现象、透镜、 物质形态和变化及电路和电流的基本知识。v通过本册实验的开展，在知识层面上，学生们首先 需要明确初中阶段声、光、电、物质形态各个领域 的主要研究对象。在实验过程中丰富感性

16、认识，深 刻理解相应的物理规律和实验思想。v初步认识声音的产生和传播条件，了解乐音 的特性，知道防治噪声的途径；v了解光的反射规律，明确平面镜成像时像与 物的关系，理解凸透镜成像的规律；v能区分并描述固、液、气三种物态的基本特 征，了解温度计的工作原理和使用方法，了 解物态变化时物体的温度变化；v明确串联电路、并联电路的特点和区别，了 解串并联电路在实际生活中的应用。（2）过程和方法v 除乐音的特征、温度计的使用、连接串 并联电路几个实验外，均应采用完整的实验 探究步骤来组织。但总体看来，探究各步骤 的要求并不高。每一步均给出较多的引导和 提示。这样做是基于引导学生体验完整探究 过程，初步培养实验探究习惯和能力的目的 。v