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1、中学物理疑难实验专题讲座,主讲人 渭南师范学院物理与电气工程学院 盛虹,物理学是一门以实验为基础的科学。物理学的实验基础、理论体系和研究方法是现代科学技术的基础，它们在学生智能结构的发展中和创新能力的提高中占有越来越重要的地位。通过实验观察和实验手段，使学生最有效地掌握进一步学习现代化生产和现代化技术所必须的基础物理知识，培养初步的实际技能和创造能力。,在进行物理实验探索的过程中，所建立的思想和探究方法，对物理学科的发展必然起到重要作用，所以物理实验作为物理教学中的重要组成部分，对培养学生的科学素养具有重要的意义。新的课程不仅要求重视物理实验，还要加强物理实验的创新。,一、物理实验教学的地位和
2、作用,许多物理知识是在观察和实验的基础上，认真总结和思考得来的。实验教学是物理教学中一个必不可少，而且是相当重要的环节。 新的物理课程标准（以下简称课标）的基本理念主要概括为：注重全体学生的发展，改变学科本位的观念；从生活走向物理，从物理走向社会；注重科学探究，提倡学习方式多样化；注意学科渗透，关心科技发展；构建新的评价体系。,1、实验教学能激发和培养学生学习物理的兴趣,著名物理学家杨振宁教授说过：”成功的真正秘诀是兴趣。”兴趣是产生动机的重要条件，是人类认识客观世界的一种心理表现，是一个人获得知识、开阔视野、推动学习的一种内部强劲的动力。通过实验，为学生展现出生动直观的学习环境，将极大地吸引
3、学生注意，激发学生的兴趣和求知欲。,2、实验教学能使学生有效地掌握物理基础知识,物理概念的形成和规律的建立，离不开实验事实的探讨和验证，而物理实验能够创造确实的、排除干扰的物理环境，学生在这种实验环境中，在教师指导下，通过观察、量度获取的最典型的感性认识，通过最简捷的思维活动建立概念、总结规律，并把理论运用于实验，这对中学生来说，可对基础知识获得比较深入的、牢固的掌握和初步的运用。,3、实验教学能有助于培养学生的观察能力和实验能力,观察和实验是研究物理问题的基本方法，学生通过理解实验原理、操作实验仪器、观察实验现象和分析实验结果等活动使观察能力、思维能力、操作技能都得到逐步锻炼和提高。在实验中
4、，要进行正确的思维活动，学生必须认真观察，而要深入地观察，又必须有正确的思维作指导，同时，合理的动手操作也必须有思维的引导，而在正确的思维引导下的动手操作往往是创造发明的源泉。,4、实验教学能有助于训练学生的科学方法,实验是一种基本的科学思维方法，而科学的思维方法是科学素质的核心。在实验教学中。根据初中学生的实际水平，有意识地指导学生从接触物理学科开始，逐步让学生理解和熟悉实验这一科学方法。,（1）实验归纳法,这是一种由个别到一般的认识方法，根据研究目的，人为控制条件，从大量的实验事实和数据中找出普遍特征，形成规律。 实验归纳法，是物理教学中常用的方法，其特点是实验在前，结论在后，其实验就形成
5、探索性实验。这在课标教科书中占有绝对比例，基本上以探究实验为主。如凸透镜的成像规律、密度、重力、弹力、摩擦力、串联与并联、欧姆定律等教学中，通过教师演示实验探究，或学生实验探究，采集数据，然后分析归纳总结得出规律，得出结论。,（2）实验验证法,这是一种推理、判断在前，实验验证在后的科学研究方法。通过已知的物理知识及推论，经过理论推理，作出假设和预言性结论，再通过实验验证其正确性，最后对结论作出肯定论断或进一步补充完善，得出可靠的结论。,但这种实验方法在义务教育课程标准实验教科书物理书几乎没有，因对初中学生来说，他们对物理知识体系才刚刚接触，且认知物理知识仅从感性开始，不可能有比较严谨的物理知识
6、体系，当然也就无从谈起严谨的推理和判断。,（3）理想实验法,理想实验是人们头脑中想象的实验，是在已有实验基础上经过推理、判断得出理想条件下的物理规律的方法。例如：伽利略在研究物体惯性时进行了无摩擦理想斜面实验，牛顿在理想斜面实验的基础上，进行分析推理总结出牛顿第一定律。 理想实验，既以真实实验为基础，又高于真实实验，能深刻地反映现象的本质，揭示事物的内在规律。,5、实验教学能培养学生的科学态度和科学作风,科学的实验方法，本身就是要求具有实事求是的态度。在实验教学中要严格要求学生，尊重事实，忠于实验数据，反对弄虚作假，严肃认真、踏踏实实，逐步养成按科学规律办事的科学态度和科学作风。,二、初中物理
7、学生实验的类型,1、测量型实验 包括用刻度尺测长度、用量筒测固体、液体的体积、用天平测固体、液体的质量、用温度计测水的温度、用弹簧测力计测量力、用电流表测电流、用电压表测电压。用刻度尺和秒表测平均速度、用天平和量筒测固体和液体的密度、用弹簧测力计和刻度尺、测滑轮组的机械效率、用电流表和电压表测电阻、用电流表和电压表测小灯泡的功率。,2、探究型实验,通过一些实验现象，提出问题，运用研究物理问题的方法进行实验设计，选取适当器材，规范地进行物理实验操作，记录并分析实验数据，探索并总结物理规律。包括探究固体的熔化过程、探究水的沸腾、探究碘的升华和凝华过程、探究光的反射定律、探究平面镜成像特点、探究光的
8、折射规律、探究凸透镜成像的规律、探究重力与质量的关系、探究影响摩擦力大小的因素、探究同一直线上二力合成的规律、探究液体内部压强的规律、探究杠杆的平衡条件、探究影响电阻大小的因素、探究电流与电压、电阻的关系，探究影响电磁铁磁性强弱的因素。,3、关于学生分组实验的教学,学生分组实验是学生在教师的指导下，独立地进行观察、操作和思考的实践活动。它是学生获得知识，训练技能，培养良好素养的重要教学形式。因此为了搞好分组实验教学，首先必须培养好学生良好的实验素养及习惯。初中的学生年龄小，自制力不强，又没有实验基础。有的甚至认为实验只是玩玩而已，学生实验较难组织，效果也不理想。因此一开始就应要求学生做到：,（
9、1）实验前必须完成预习内容,实验预习是保证学生进行正确操作并获得正确结果的前提。通过实验前的预习，学生对实验原理、方法、步骤及仪器的使用有了正确的认识，在实验过程中才会做到心中有数，目的明确，从而提高实验的质量。,（2）实验合理的分组，按优、中、差三类学生平均搭配，取长补短，协助分工。在实验过程中教师要巡回指导，发现问题及时纠正。对于好的做法要及时肯定表扬，对于典型的实验错误可与全班同学一起讨论分析，要让实验课始终处在探索、讨论的氛围中。,（3）实验完毕应要求学生整理好器材及时处理实验数据，并填写好实验报告 实验数据的处理是学生实验操作后的一个重要步骤，学生对所测数据进行分析、处理，作出合理的
10、结论，从而培养学生分析解决问题的能力。通过实验发现，有的学生由于实验测得数据误差太大，得不出正确的实验结论，因而会出现编造数据，或按规定推算数据的现象。对这些现象的发现则必须加以批评，并要及时帮助他们重新安排实验，从而发现其出现误差过大的原因。实验中应要求学生尊重事实，如实记录，养成实事求是的科学态度,学生必做实验说明,关于学生实验，在“科学内容”的相关主题中已提出了要求。学校应充分利用已有的实验器材，努力开发适合本校情况的实验课程资源，尽可能让学生自己动手多做实验。 为了便于教学与评估，现列出以下学生必做的实验项目：,用刻度尺测长度、用表测时间 用弹簧测力计测力 用天平测物体的质量 用常见温
11、度计测温度 用电流表测电流 用电压表测电压 测量物体运动的速度 测量水平运动物体所受的滑动摩擦力 测量固体和液体的密度 探究浮力大小与哪些因素有关 探究杠杆的平衡条件,观察水沸腾时温度变化的特点 探究光的反射规律 探究平面镜成像时像与物的关系 探究凸透镜成像的规律 连接简单的串联电路和并联电路 探究导体电压、电流与电阻的关系 探究通电螺线管外部磁场的方向 探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件（共19个）,八年级（上）分组实验,1、观察水的沸腾； 2、探究水、松香的熔化特点； 3、探究平面镜成像的特点； 4、探究凸透镜成像的规律； 5、研究充水玻璃管中气泡的运动规律。,八年级（下）分组实验,
12、1、用天平测物体的质量； 2、用量筒和天平测量固体和液体的密度； 3、探究不同物质比热容的大小； 4、探究影响物体所受重力大小的因素； 5、探究改变摩擦力大小的方法； 6、探究压力和压强的关系和效果； 7、探究液体的压强。,九年级（上）分组实验,1、探究杠杆的平衡条件； 2、估测上楼的功率； 3、探究串联电路和并联电路中的电流； 4、探究串联电路和并联电路中的电压； 5、探究通过导体的电流与电压、电阻的关系； 6、探究用电流表和电压表测量导体电阻的方法。,九年级（下）分组实验,1、测定小电灯的电功率； 2、探究电流周围的磁场。,有些实验看起来非常简单，然而在实践中要真正把它做好却不容易，有的由
13、于演示实验失败造成尴尬的局面，严重地影响了教学效果。必须注意顺利做好它们的关键和改进实验的方法。,一、静电实验,静电实验是电磁学中的基本实验之一，内容多而复杂。不少中学老师反映该实验不易把握，其实只要充分考虑静电实验的特点，注意一些关键性问题，完成实验是不难的。在静电实验中电量少是它的一个特点，如经过摩擦的玻璃或橡胶棒所带的电量约在10-7库仑左右。然而这些电荷往往又集结在体积不大的范围内，因此具有很高的电压，可以达到数千伏至数万伏，这是静电实验的第二个特点。因此在静电实验中一经漏电，电荷马上就跑完从而导致实验的失败，所以解决好绝缘问题是完成静电实验的关键。,1 起电机结构,实验室中常用的一种
14、J2310型维姆胡斯(Wim hurst )起电机。它的旋转盘由两块圆形有机玻璃板叠在一起组成,中间有空隙,每块向外的表面上都贴有铝箔片,铝箔片以圆心为中心对称分布。两盘分别与两个受动轮固定,并依靠皮带与驱动轮相连,两根皮带中有一根中间有交叉,转动驱动轮时两盘转向相反。两盘上各有一过圆心的固定电刷,两电刷呈90,电刷两端的铜丝与铝箔片密切接触。另有与固定电刷成45的悬空电刷,悬空电刷的两脚跨过两盘,但并不与两盘接触,脚上装有许多尖细铜丝,铜丝尖端指向圆盘上的铝箔片。悬空电刷由金属杆与莱顿瓶相连。,感应起电机的左右各有一莱顿瓶。莱顿瓶其实是个电容,用来储电。莱顿瓶结构由两层筒状锡箔组成,中间是电
15、介质,上有瓶盖。悬空电刷上的金属杆插入瓶盖,末端由一根较粗铜丝与莱顿瓶内层锡箔筒底相连,这样悬空电刷上所集电荷可以储存在莱顿瓶中。放电小球也通过一金属杆与莱顿瓶盖相接,但不与莱顿瓶中锡箔相连,这样可使其受莱顿瓶内筒电荷感应而带电。两莱顿瓶集聚不同种电荷。两放电小球也被感应出不同种电荷。莱顿瓶集聚电荷足够多时,球间电压可达几万伏,在两球靠近时就会放电并产生电火花。,先用一导线将其中一个放电小球接到验电器上,然后轻轻摇动起电机,看到验电器箔片张开。再用另一导线两端分别接触另一放电小球和该验电器,验电器箔片张开的角度变小,这说明由于感应作用使小球带电的两莱顿瓶带的是异种电荷。,起电机原理,静电感应起
16、电机是利用静电感应和尖端放电现象,使导体上连续地积累大量电荷及产生高电压的装置。摇动手柄时,两个圆盘是同时反向转动的,静电感应起电机顺转时能正常起电,而反转时不能正常起电 。起电机初始带电是射线和其它引起空气电离的因素作用下的随机带电,而不是摩擦起电。,摩擦起电的微观机理: 摩擦带电是一种接触带电，它是由于物质脱出功的不同，相互紧密接触时，外层电子轨道相互重叠，导致物体间电子的转移所致。有人认为摩擦生热导致了电子的转移，因而只有快速、反复摩擦才能起电。有经验的教师在不易起电时，往往是通过紧压摩擦，而不是压而不紧的反复摩擦而成功地起电的，其中的道理就与摩擦起电的机理有关。 1）“磨擦带电序列表”
17、：毛皮、石英晶体、有机玻璃、玻璃、丝绸、塑料、硬橡胶、硫磺； 2）说明： a、表中前面的物体与后面的物体磨擦，前者带正电，后者带负电； b、由于磨擦带电序列与物质的化学结构、表面状态、接触方式等因素有关，所以序列表所说明的并非绝对准确。,验电器,验电器是静电实验中用来检验物体是否带电的常用仪器，有些人在使用时为避免漏电常把它放在绝缘板上，其实这种做法是不能解决问题的。因为即使验电器与周围绝缘，但如果验电器的绝缘塞绝缘性能不好，那么不管你给验电器带上多少的电荷，由于其外壳的屏蔽作用，电荷必将全部分布在它的外壳上，其指针当然不会张开，可见绝缘塞的绝缘性能非常重要。若用干燥的泡沫或石腊做绝缘塞，再用干燥的丝绸或毛皮摩擦有机玻璃棒并让该玻璃棒与验电器的金属球接触就很容易使验电器带上电，它的指针会张开一角度并能长时间保持下来。,
