中学物理疑难实验专题讲座

1、一、物理实验教学的地位和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。 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、

2、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v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，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。（1）实验归纳法v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

3、征，形成规律。v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）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，

4、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体系，当然也就无从谈起严谨的推理和判断。（3）理想实验法v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。v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o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

5、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、初中物理学生实验的类型o1、测量型实验o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o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

6、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o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

7、。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：（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。学生必做实验说明学生必做实验说明o关于学生实验，在“科学内容”的

8、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。o为了便于教学与评估，现列出以下学生必做的实验项目：八年级（上）分组实验o1、观察水的沸腾；o2、探究水、松香的熔化特点；o3、探究平面镜成像的特点；o4、探究凸透镜成像的规律；o5、研究充水玻璃管中气泡的运动规律。八年级（下）分组实验o1、用天平测物体的质量；o2、用量筒和天平测量固体和液体的密度；o3、探究不同物质比热容的大小；o4、探究影响物体所受重力大小的因素；o5、探究改变摩擦力大小的方法；o6、探究压力和压强的关系和效果；o7、探究液体的压强。九年级（上）分组实验

9、o1、探究杠杆的平衡条件；o2、估测上楼的功率；o3、探究串联电路和并联电路中的电流；o4、探究串联电路和并联电路中的电压；o5、探究通过导体的电流与电压、电阻的关系；o6、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o1、测定小电灯的电功率；o2、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、静电实验一、静电实验o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

10、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。o起电机原理起电机原理o静电感应起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,

11、而不是摩擦起电。 摩擦起电的微观机理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”：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

12、明的并非绝对准确。验电器l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。 1、选择合适的绝缘材料并保持它们表面的干燥清洁。不仅用绝缘性能好的材料做验电器的绝缘盖及各种

13、绝缘柄，而且要用绝缘性能好的物体来进行摩擦起电，否则电荷将很快跑掉而使实验失败。当绝缘材料表面脏了应及时进行处理，否则它的绝缘性能会下降。若遇上湿度特别大的环境可用红外线灯泡照射或用电吹风吹，使得局部出现干燥环境，但应注意不要用火直接去烤，以免由于电离而跑电。 2、要养成良好的操作习惯。在静电实验中良好的操作习惯对实验的成败关系重大，故应特别注意，例如在摩擦起电时手拿捧的地方应与摩擦的地方尽可能远离，摩擦时也应尽可能加大力度，带电棒在与验电器金属球接触时要上下移动并转动，使金属球尽可能接近捧上的带电区以便容易放电而收集到更多的电荷。若有导体连线时这些连线应尽可能短并让它们远离桌面或用电器的外壳

14、，绝缘柄在使用前应反复擦干净。二、绝缘体转化为导体实验二、绝缘体转化为导体实验o绝缘体转化为导体实验是在向学生介绍了导体和绝缘体的的概念后，为了说明导体和绝缘体没有绝对的界限，在一定条件下绝缘体可以变为导体而安排的演示实验。教材中给出了该实验的原理图。要做好这个实验必须正确选择电路的参数（电源电压，灯泡功率等）和自己动手制作待烧玻璃的电极，以便与电路连接。1、待烧玻璃电极的制作 o方法一：选取一小段玻璃棒，用直径为0.2mm左右，长约50cm的漆包线两根，分别在各其一端刮去约5cm的绝缘层，绕在玻璃捧上并扎紧，所扎导线在玻璃棒上相距约为2mm。未刮去绝缘层部份作为导线，待与电路连接。ov方法二

15、：选取一小段内径为方法二：选取一小段内径为0.5mm的玻璃的玻璃管，直径为管，直径为0.5mm的漆包线两截，从玻璃的漆包线两截，从玻璃管两端分别插入，使两端头相距管两端分别插入，使两端头相距1mm左右，左右，然后用酒精灯给玻璃加热，使之熔化，把然后用酒精灯给玻璃加热，使之熔化，把两导线埋于管内，在露在管外的铜线端头两导线埋于管内，在露在管外的铜线端头分别引出两根导线。分别引出两根导线。v方法三：用废旧白炽灯泡，敲去玻璃泡，方法三：用废旧白炽灯泡，敲去玻璃泡，利用灯泡固定两个电极的玻璃灯芯作为待利用灯泡固定两个电极的玻璃灯芯作为待烧玻璃，配上一个灯头，从灯头两个接线烧玻璃，配上一个灯头，从灯头两

16、个接线柱上引出导线。柱上引出导线。 2、参数选择分析 n(1)烧红玻璃的电阻值。玻璃加热后虽然变为导体，但电阻并非为0，根据实验测定，在红炽状态下电阻约为300400，若用一般酒精灯加热，受周围环境影响，温度较低时，电阻值为12K。n(2)灯泡的选择。灯泡作为绝缘体转化为导体的信号指示，当玻璃为绝缘体时，灯泡不发光，当转化为导体时，应能点燃。若选用实验室中常用的小电珠，其冷态电阻为12，额定电流为几百mA，使其点燃至少要通入100mA以上电流，选用这种小灯泡是否合适，还与电源电压有关。n(3)电源电压的选择，设选用小电珠为实验灯泡，通过电流使其点燃为200mA，玻璃的电阻为300，则电源电压V

17、=IR=0.2300=60V。3、实验的改进 l电源直接使用220V交流市电，灯泡选用15或25W的普通白炽灯泡，用废旧的白炽灯泡敲去玻璃泡，留下其玻璃芯及其电极，配上两个白炽灯灯头和一个电源插头，组成如图所示电路。演示时，将电源插头插到电源插座上把废灯泡灯头架在铁支架上（也可以直接用手拿），点燃酒精灯对玻璃灯芯加热，约1分钟后，白炽灯点燃，逐步变亮，当移去酒精灯灯泡逐渐变暗最后熄灭，可反复多次演示。 三、压缩气体液化三、压缩气体液化o压缩气体液化实验是九年义务教育教材中“热现象”一章的一个课堂演示实验，该实验器材简单，操作方便，如果演示成功，对于加深学生对压缩气体发生液化的感性认识有重要的作

18、用，但是相当部分教师反映，该实验很难成功，现就该实验难的原因作简要分析。 该实验要取得好的演示效果，还需要解决的另一个问题是可见度。由于乙醚量很少，可见度低，要提高可见度，可借助投影仪采用投影的方法。因为该实验所用的注射器是透明的，乙醚也是透明的，为采用投影创造了很好的条件，但应注意演示前先对投影仪调焦，使液态乙醚影像清晰。 四、萘的熔解和凝固实验的改进四、萘的熔解和凝固实验的改进 o对这个实验进行研究，作如下的改进：o1、根据萘导热性能差的特点，为了使萘粉在整个实验过程中受热均匀及试管中各部分萘的温度尽可能接近相同。可用电线中的铜丝剪成一段段长约45cm，每股中间扭开一个空隙，间隔一定的距离

19、绞紧在温度计上。然后把两头的铜丝散开，尽可能均匀地分散在温度计感温泡的底部、周围及温度计感温泡以上约2.5cm3cm处，以利于实验时导热均匀。o2、用一橡皮塞，中间打一孔，把温度计插入孔中，然后放入小试管中，注意温度计的感温泡离试管底部约1cm，距试管壁周围应相等，并将温度计上的铜丝与试管壁尽可能多的接触，以利于导热。o3、把萘粉倒入试管中，轻轻抖匀且萘粉高出温度计感温泡2.5cm左右，然后把橡皮塞移至试管口并塞紧。 4、把装有萘粉的小试管放入一只大试管中，在大试管的管口处用一泡沫剪成开有一直径与小试管直径大小相等的孔，以便把小试管固定在大试管中，固定时应使小试管底部及周围尽可能保持与大试管内

20、壁等距且不允许触及大试管内壁。 5、把盛水的小烧杯放入石棉网上，特别注意石棉网应与烧杯底部保持大面积的接触，以便导热良好，缩短实验时间，在水中放置一温度计。 6、烧杯中水面应高出萘粉面2.5cm左右为宜。且在烧杯口上用一张纸盖住烧杯口，使其升温快些。为缩短实验时间，可预先把水温烧至80左右，并把装有萘粉的两只大小试管装置放入水中预热。w经过改进后的这一实验效果良好：经过改进后的这一实验效果良好：1、利用铜丝等热性能良好、空气导热性能差、利用铜丝等热性能良好、空气导热性能差的特点，在一定程度上改善了萘的受热的均匀性。的特点，在一定程度上改善了萘的受热的均匀性。2、无需对萘粉进行搅拌，一人可独立完

21、成整、无需对萘粉进行搅拌，一人可独立完成整过实验过程，避免了搅拌而带来的器材的损坏。过实验过程，避免了搅拌而带来的器材的损坏。3、萘粉密封在细管中，不污染环境，不造成、萘粉密封在细管中，不污染环境，不造成损耗，且可反复多次做实验。损耗，且可反复多次做实验。4、准确度高，熔解和凝固均保持在、准确度高，熔解和凝固均保持在(800.3) 范围。范围。五、静电场的模拟及描绘五、静电场的模拟及描绘 静电场的场强分布可以用电力线进行描述，而等势面（线）与电力线相垂直，通过实验测绘出电场的等势面（线），就可以描绘出电力线。由于静电场中不存在电流，一般磁电式测量仪表，在有电流时才会有反应，因此难以确定静电场的

22、等势线。 恒定电流的电荷分布和电磁场均不随时间变化，所以在均匀电介质中恒定电流的电场和静电场相似，利用其相似性，可以用恒定电流的电场模拟静电场，进行静电场的实验研究。而接到直流电源两端的小圆柱形电极之间形成的恒定电场，可以用来模拟等量异种电荷之间的静电场。 实验中确定等势点的根据是：当两点电势相等时，连接该两点间的导线上无电流通过，否则将有电流从高电势点流向低电势点。【实验方法】o1将导电纸有导电物质的一面向上，下面依次垫复写纸和白纸（或坐标纸），并用图钉固定在光滑木板上，注意使导电纸在整个实验过程中不要移动。将圆柱形电极放在导电纸上，并使两个电极相距10厘米。将电极与电源的6伏稳压输出相连。

23、如图所示 电势的基准点可以用两种方法确定：其一，将两电极连线进行六等分，除电极以外的五个等分点即作为电势的基准点（现在中学中一般都采用这种方法）。其二，用内阻在200千欧以上的电压表，将其一端接于电极A上，另一端通过探针C探测场中的电位值，如图422示。在AB连线上移动探针的位置，在电压表读数为1伏时，用力下压，留下压痕，作为a点，依次类推可得电势差均为1伏的点b、c、d、e。适合于第二种方法的电压表有电子管毫伏表和晶体管毫伏表，或数字式万用表。3等势线的描绘o将探针接在灵敏电流计上，使一个探针固定在a点，另一探针在导电纸上轻轻移动，当找到电流为零的点，即灵敏电流计指针不发生偏转的点，作出标记

24、a1（用探针在导电纸上用力压一下，通过复写纸在白纸上留下痕迹）如图423所示。继续寻找这样电流为零的点a2、a3、a4。这些点均和a点有相同的电势。o4利用电力线与等势线垂直的性质，绘出等量异种电荷的电场中的电力线。 5用探针找等电势点时，既要防止因电流太大把灵敏电流计烧坏，又要仔细观察，把等电势点找准。 【注意事项】 1电极要与导电纸充分接触好，实验过程中电极位置不能变动，否则导电纸上的电场分布会发生变化，造成较大的误差。为此，可以增大电极对导电纸的压力，或在导电纸下多垫几张白纸。 2导电纸不能折叠，注意保持它的清洁，否则导电纸上的导电物质的分布将不均匀，影响等电势点的分布，严重时会出现断路

25、。 4用电压表确定电势基准点时，一定要选用高内阻的电压表。因为导电纸的电阻率较大，（每厘米间的电阻约2千欧），用低内阻的电压表测量时，它的分流作用，将使导电纸上的电流场发生较大的变化，造成电压表显示的电势值比电场中该点的真实值小，引起误差。 5用探针找等电势点时，既要防止因电流太大把灵敏电流计烧坏，又要仔细观察，把等电势点找准。六、伏安法测电阻六、伏安法测电阻六、伏安法测电阻实验六、伏安法测电阻实验:这部分称为测量这部分称为测量电路！电路！控制电路：控控制电路：控制电流的大小制电流的大小（电压大小）（电压大小）测量电路之电流表的测量电路之电流表的外接法外接法：当当x x为为小电阻小电阻时，通常

26、用时，通常用外接法外接法测量电路之电流表的测量电路之电流表的内接法内接法：当当x x为为大电阻大电阻时，通常用时，通常用内接法内接法电流表内、外接法的选择：电流表内、外接法的选择：内接法中，由于电流表内阻的影响，电阻的测内接法中，由于电流表内阻的影响，电阻的测量值大于真实值；量值大于真实值；外接法中，由于电压表内阻的影响，电阻的测外接法中，由于电压表内阻的影响，电阻的测量值小于真实值。量值小于真实值。为了尽可能地减小误差，为了尽可能地减小误差，必须判断被测电阻是必须判断被测电阻是大电阻还是小电阻，大电阻还是小电阻，从而确定内、外接法。从而确定内、外接法。 内接法和外接法的选择内接法和外接法的选择a a：阻值判断法：阻值判断法：待测电阻值的阻值待测电阻值的阻值R RX XRRV V，即待测电阻，即待测电阻R Rx x阻值较小约几欧几十欧时，采用外接法阻值较小约几欧几十欧时，采用外接法误差较小。误差较小。当当R Rx xR RA A即阻值较大约几千欧以上时，采即阻值较大约几千欧以上时，采用内接法误差较小。用内接法误差较小。内接法和外接法的选择内接法和外接法的选择 c c：实验探测法（试触