物理实验简单设计方案

1、物理实验简单设计方案 物理实验物理实验 物理实验是科学实验的一种。物理实验是科学实验的一种。 所谓科学实验，就是人们根据研究的目所谓科学实验，就是人们根据研究的目的，利用科学仪器设备人为地控制或模的，利用科学仪器设备人为地控制或模拟自然现象，排除干扰、突出主要因素，拟自然现象，排除干扰、突出主要因素，在最有利的条件下去研究自然规律的一在最有利的条件下去研究自然规律的一种活动。种活动。 在物理学产生和发展的进程中，物理实在物理学产生和发展的进程中，物理实验自始至终占有极其重要的地位。可以验自始至终占有极其重要的地位。可以说它是发现物理奥秘、总结规律的钥匙。说它是发现物理奥秘、总结规律的钥匙。我们

2、提出的假设与猜想是否正确，一般我们提出的假设与猜想是否正确，一般都要通过实验来验证。都要通过实验来验证。 历史上许多实验的设计非常巧妙，不仅目历史上许多实验的设计非常巧妙，不仅目的明确，思考周密，而且抓住关键，出奇的明确，思考周密，而且抓住关键，出奇制胜。例如，制胜。例如，1717世纪伽利略设计研究惯性世纪伽利略设计研究惯性定律定律, ,自由落体的实验自由落体的实验; ;历史上持续了近历史上持续了近300300年的测定光速的实验年的测定光速的实验;1911;1911年卢瑟福研年卢瑟福研究原子内部结构的粒子散射实验等，就是究原子内部结构的粒子散射实验等，就是巧妙设计的典范。由于我们的知识所限，巧

3、妙设计的典范。由于我们的知识所限，对这些实验还难于理解，但是我们可以对对这些实验还难于理解，但是我们可以对教材中的一些实验认真加以分析，就会得教材中的一些实验认真加以分析，就会得到很多启发。到很多启发。 实验设计实验设计 1.1.确定实验目的确定实验目的 2.2.确定实验中的变量确定实验中的变量 3.3.实验变量的控制实验变量的控制 4.4.实验的组成部分（实验对象，实验源，实验效果显示器）实验的组成部分（实验对象，实验源，实验效果显示器） 5.5.实验效果显示的方法实验效果显示的方法( (转换法，对比法，放大法转换法，对比法，放大法) ) 6. 6.选择实验仪器选择实验仪器 7.7.确定实验

4、步骤确定实验步骤 8.8.设计实验数据记录表设计实验数据记录表 9.9.实施实验实施实验10.10.实验数据处理实验数据处理11.11.总结规律总结规律 物理实验设计的三步曲物理实验设计的三步曲 确定变量确定变量( (一般都是多个变量一般都是多个变量: :如引起如引起I I变化的变化的V,R,;V,R,;一个因一个因变量变量I,I,二个自变量二个自变量R,V;R,V;) ) 如何控制变量如何控制变量( (这样只研究两个变量这样只研究两个变量: :一个因变量一个因变量I,I,一个一个自变量自变量R R或或V;V;) ) 设计实验设计实验: : 实验对象实验对象: : 因变量因变量( (电阻电阻R

5、 R上的电流上的电流I)I) 实验源实验源: : 自变量自变量( (引起电流变化的电源引起电流变化的电源V)V) 实验效果显示器实验效果显示器: : 电流表电流表 1.确定实验目的 假设假设( (在实验的基础上提出在实验的基础上提出):): 研究电路中的电流研究电路中的电流I I与电压与电压U U电阻电阻R R的关系的关系2.确定实验的变量 变量: 因变量:I 自变量:U R3.实验变量的控制 控制变量实验法: 在决定事物或者过程的规律的多个因素在决定事物或者过程的规律的多个因素( (变量变量) )中，先固定一些变量因素不变，只改变其中的中，先固定一些变量因素不变，只改变其中的一个变量因素，进

6、行观察实验，如此多次反复一个变量因素，进行观察实验，如此多次反复然后再运用归纳法或者逻辑推理等方法，综合然后再运用归纳法或者逻辑推理等方法，综合出多个变量因素之间的关系，从而得出物理规出多个变量因素之间的关系，从而得出物理规律。律。 1.1.固定固定R:R: 改变改变U:U:研究研究I I与与U U的关系的关系 2.2.固定固定U:U: 改变改变R:R:研究研究I I与与R R的关系的关系4.实验的组成部分 实验对象实验对象:电阻电阻 实验源实验源:电源电源(电池电池) 实验效果显示器实验效果显示器:电压表电压表,电流表电流表物理实验的基本组成部分物理实验的基本组成部分 分析的依据：统编初中物

7、理教材，分析的依据：统编初中物理教材，个实验，其中演示实验个，学个实验，其中演示实验个，学生分组实验个，小实验个，习生分组实验个，小实验个，习题中的设计实验个。这些实验都渗题中的设计实验个。这些实验都渗透着物理学工作者十分丰富而新颖的方透着物理学工作者十分丰富而新颖的方法论思想。法论思想。 例如，为了研究物体发声的原因，通过观察，提出物体例如，为了研究物体发声的原因，通过观察，提出物体发声的原因是物体振动引起的，这一假设是否正确呢，发声的原因是物体振动引起的，这一假设是否正确呢，我们可以设计实验来验证。如图我们可以设计实验来验证。如图1 1，拿一个音叉，用小，拿一个音叉，用小锤敲击它，音叉发出

8、了声音，但是难于观察到音叉在振锤敲击它，音叉发出了声音，但是难于观察到音叉在振动，此时我们可以采用许多办法，例如，用手轻轻地接动，此时我们可以采用许多办法，例如，用手轻轻地接触音叉，感受音叉在振动。为了使更多的人观察到它的触音叉，感受音叉在振动。为了使更多的人观察到它的振动，教材中设计用细线拴一个小乒乓球，轻轻地接触振动，教材中设计用细线拴一个小乒乓球，轻轻地接触音叉，通过观察乒乓球被弹出，从而说明音叉在振动，音叉，通过观察乒乓球被弹出，从而说明音叉在振动，实验尽管是很简单的，但是其设计思想确实非常巧妙的。实验尽管是很简单的，但是其设计思想确实非常巧妙的。这个实验还可以用来研究声音的响度与振幅

9、等因素的关这个实验还可以用来研究声音的响度与振幅等因素的关系。系。 又如，我们要验证凸透镜对光线的会聚又如，我们要验证凸透镜对光线的会聚作用（或者是研究凸透镜的成像规律），作用（或者是研究凸透镜的成像规律），拿一个凸透镜，找一个光源（可以是太拿一个凸透镜，找一个光源（可以是太阳，蜡烛，手电筒等），汇聚的光线或阳，蜡烛，手电筒等），汇聚的光线或所成的像呈现在光屏上，以便于观察，所成的像呈现在光屏上，以便于观察，如图如图2 2。再如，我们验证物体在水中受到再如，我们验证物体在水中受到浮力，可以在弹簧秤下栓一个铁浮力，可以在弹簧秤下栓一个铁块，放入水中，借助观察弹簧秤块，放入水中，借助观察弹簧秤示数

10、的减小说明铁块受到了浮力，示数的减小说明铁块受到了浮力，如图如图3 3。 通过以上及许多实验的观察，我们发现通过以上及许多实验的观察，我们发现, ,一个完一个完整的成功的物理实验大致可由三个部分组成：整的成功的物理实验大致可由三个部分组成： 1.1.实验对象：它是我们要研究的对象，可以是一实验对象：它是我们要研究的对象，可以是一个物体，一件事物，或者一个现象等，例如以上个物体，一件事物，或者一个现象等，例如以上实验中的音叉，凸透镜，铁块等；实验中的音叉，凸透镜，铁块等； 2.2.实验源：它是对实验对象施加一个作用，或者实验源：它是对实验对象施加一个作用，或者对实验对象发出一个信号的发生源，例如

11、以上实对实验对象发出一个信号的发生源，例如以上实验中的小锤，蜡烛，水等；做力学、热学、电学、验中的小锤，蜡烛，水等；做力学、热学、电学、光学实验，要分别选取力源、热源、电源、光源光学实验，要分别选取力源、热源、电源、光源等。等。 3.3.实验效果显示器：它是用来呈现实验对象接受实验效果显示器：它是用来呈现实验对象接受实验源的作用或信号后所产生的效应的装置。通实验源的作用或信号后所产生的效应的装置。通过它直接或间接地进行效果的观察。例如以上实过它直接或间接地进行效果的观察。例如以上实验中的乒乓球，光屏，弹簧秤等等。验中的乒乓球，光屏，弹簧秤等等。 当然，上述分法不是绝对的。有些简单的当然，上述分

12、法不是绝对的。有些简单的实验中，例如拨动钢尺研究声音的发生以实验中，例如拨动钢尺研究声音的发生以及决定音调的因素，此时实验对象和实验及决定音调的因素，此时实验对象和实验效果显示器都是钢尺，也就是说实验效果效果显示器都是钢尺，也就是说实验效果就显示在实验对象身上。就显示在实验对象身上。 可以对教材中的实验逐个进行研究，分析可以对教材中的实验逐个进行研究，分析它的基本组成部分，这对学习实验设计是它的基本组成部分，这对学习实验设计是很有帮助的。很有帮助的。物理实验的基本组成部分视频资料物理实验的基本组成部分视频资料 天津老师的讲课录像:显示喇叭发生在振动 洪恩课件 济南老师:固体平面镜的形变(激光演

13、示) 实例实例 实验对象实验对象 实验源实验源 显示器显示器 物体的物体的 手的手的 细管中细管中 形变形变 玻璃瓶玻璃瓶 压力压力 的色水的色水 帕斯卡球帕斯卡球 液体液体 活塞活塞 橡皮膜橡皮膜 空气压缩空气压缩 气室中气室中 硝化棉硝化棉 引火仪引火仪 的气体的气体 活塞活塞 被点燃被点燃 气体的气体的 细管中细管中 热膨胀热膨胀 气体气体 手捂手捂 的色水的色水 奥斯特奥斯特 导线中导线中 磁针磁针 实验实验 的电流的电流 电源电源 偏转偏转 光光 电电 效效 应应 锌板锌板 弧光灯弧光灯 验电器验电器 透镜成像透镜成像 凸透镜凸透镜 蜡烛蜡烛 光屏光屏 粒子粒子 荧光屏荧光屏 散射实

14、验散射实验 金箔金箔 放射源放射源 显微镜显微镜 5.实验效果显示的方法实验效果显示的方法 我们了解实验的基本组成部分，是为了根据要我们了解实验的基本组成部分，是为了根据要求进行实验设计。实验设计中确定实验对象、求进行实验设计。实验设计中确定实验对象、选择实验源相对来讲是比较容易的，困难的是选择实验源相对来讲是比较容易的，困难的是如何明显地显示实验的效果，在物理实验中，如何明显地显示实验的效果，在物理实验中，常用的方法有以下几种。常用的方法有以下几种。 转换法，转换法， 对比法，对比法， 放大法放大法 平衡法平衡法转换方法转换方法也称间接方法。在物理实验中，常有一些现象也称间接方法。在物理实验

15、中，常有一些现象因不明显而不易观察或者不易直接观察，这就因不明显而不易观察或者不易直接观察，这就要借助于力、热、电、光、机械等方法之间的要借助于力、热、电、光、机械等方法之间的相互转换，以间接地实现可观察、容易观察或相互转换，以间接地实现可观察、容易观察或观察效果明显的目的。这里说的转换主要是从观察效果明显的目的。这里说的转换主要是从效果相当的思想出发进行的转换。例如难于观效果相当的思想出发进行的转换。例如难于观察到音叉的振动，我们利用小乒乓球，轻轻地察到音叉的振动，我们利用小乒乓球，轻轻地接触音叉，通过观察乒乓球被弹出，从而说明接触音叉，通过观察乒乓球被弹出，从而说明音叉在振动；通过放在喇叭纸盆上小纸屑的跳音叉在振动；通过放在喇叭纸盆上小纸屑的跳动，间接地说明纸盆发声时在振动，这都是很动，间接地说明纸盆发声时在振动，这都是很典型的利用了转换的方法。典型的利用了转换的方法。比较方法比较方法 物理实验常通过对一些物理现象或物理量物理实验常通过对一些物理现象或物理量的比较，来达到异中求同或同中求异的实的比较，来达到异中求同或同中求异的实验目的，此即比较法。实际上可以说每一验目