重视实验教学j

1、重视设计型实验的教学 著名物理学家钱三强曾指出：“物理学是实验科学，实验工作是基础。强调实验的意义，并不是否定理论的重要性，只有在实验的基础上建立了正确的、经得起实验检验的理论，才能由表及里达到对客观事物的规律性认识”。物理实验是物理学的基础，又是物理教学的重要内容。作为一年一度的物理科学的最高奖励诺贝尔物理学奖从19011992年由实验而获奖的科学家有103人，约占总人数74。中学物理实验课的目的是：通过观察、测量和分析等手段，加强对物理概念和理论的理解，学习物理实验的基本知识，基本方法，基本实验技能。培养学生严肃认真、实事求是、尊重客观规律的科学态度和工作作风。由此可见，物理实验教学应是培

2、养学生的科学探究能力，实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神的重要手段。然而，当今的物理实验教学仍然存在一些不足之处，诸如：有一些学校和教师在教学中，重理论轻实践，重习题而轻实验，对重点实验反复做，对高考不涉及的实验一带而过，甚至不做。有的教师就知识讲知识，就实验而讲实验。更有甚者，只让学生去背实验，均说明在物理实验教学中，的确存在着束缚学生科学思想的发展；束缚学生动手操作能力；束缚学生创新意识形成的不正常现象。教学大纲对于学生实验能力的要求，与现行的实验教学要求的不平衡，长期以来没有得到解决。物理实验教学仍处于盲目的状态，这种状态与全面推行素质教育发生尖锐的矛盾。 实验能力是高考物理科要考核

3、的五大能力之一，它不仅仅是要求学生能在理解的基础上独立完成“知识内容表”所列的实验，明确实验目的，理解实验原理，控制实验条件；会运用这些实验中学过的实验方法；会正确使用在这些实验中用过的仪器；会观察、分析实验现象，处理实验数据，并得出结论。这些年来， 高考的命题者们已经提高了实验考核的要求，在出题方面尽量不照搬课本中的实验，新的实验题型在高考中出现，近几年“设计型实验”题目越来越引起人们的高度重视。设计型实验已成为高考物理实验的新热点，它顺应了素质教育要求人才具有创新能力的潮流，要求学生将已掌握的物理知识和实验技能创造性地应用到新的实验情景中，根据题给条件自行选定实验原理，自行设计实验方案去研

4、究物理现象，探索物理规律或测定物理量的值。但是，从学生反应的情况看，对“设计型实验”感觉困难，因为这类题目要求迁移能力和独立解决问题的能力较高。那么怎样解决问题呢？在教学中该采取什么样的应对措施呢？显然应该从抓针对性训练入手。目前，实验的分类多种多样，什么是设计性实验呢？ 一、计型实验概念的界定 所谓设计型实验，就是根据实验目的，运用掌握的物理规律、实验方法，选择熟悉的仪器、器材设计实验方案。设计方案包括选用合适的实验方法、选择配套的实验器材、安排正确的实验步骤、设计科学的数据处理方法，采用客观的误差分析方式，最后给予总结和评价。 设计型实验对学生综合运用所学知识、对学生创造能力要求比较高，但

5、是它所用的器材、原理、方法都渗透在学生实验、演示实验或课本知识之中。在设计、操作实验时，只是要求学生将它们创造性地组合。因此,在实验教学中，应通过演示实验有目的地培养学生敏锐的观察能力和思维能力；通过实验操作有意识地让全生了解所用仪器、器材的性能和使用方法；通过分析学生实验，让学生始悉实验方法、弄清实验原理。只有这样，才能使学生在实验思路上触类旁通，全面提高学生实验能力，从而有效地培养出较高的实验设计能力。二、设计型实验的考查角度和思想方法1、设计型实验从出题的角度常常要求以下几个方面：（1）、要求设计实验原理 利用给定的器材，测定物理量、验证某规律，要求写出实验原理。（2）、 要求设计实验方

6、法 提出实验目的，或给定器材，或附加一定条件，要求选择合适的实验方法。（3）、要求设计实验操作步骤（4）、要求设计处理实验数据方式 2、设计实验的思想方法 （1）模拟法 在进行物理研究时，有时受客观条件的限制，无法对某些现象进行实验。此时，我们人为地创造一定的条件和因素，使之与自然现象有一定的相似特征，从而在模拟的情形下进行实验，从而达到研究的目的。 （2）转换法 将对一个物理量(不易测)的测量转化为对另一些物理量(易测)的测量，这种转化方法称为转换法，转换法在物理实验中应用比较广泛。 （3）放大法 将难于测量的微小量通过一定的规律放大后再进行测量，这种处理方法为放大法。（4）比较法 在物理实

7、验中，常通过对一些物理现象或物理量的比较，从而达到异中求同或同中求异的目的，这种研究方法为比较法。（5）替代法 用一个标准的已知量替代被测量，并调整此标准量，使整个测量系统恢复到替代前的状态，则被测量等于标准量。三、典型范例导析 （一）、设计实验方法和设计实验原理的综合题例1：设计一个实验，利用小孔成像测定太阳的平均密度。解析： 这是一个给定实验方法，但还不够具体，需要进一步完善才能达到实验目标的问题。题目重点考查的是实验原理。小孔成像原理和万有引力定律相结合，可以简洁地估算出太阳的密度。假设地球绕太阳公转的周期为T、，太阳的密度为，半径为R，质量为M，地球上某处对太阳的张角为，如图1所示。该

8、处距太阳中心的距离为r，地球上该处物体绕太阳公转的向心力由万有引力提供。由于R与r存在着三角关系，因此，在已知的情况下，可方便地估算出太阳的密度。Rr地球太阳图1 下面利用小孔成像原理和万有引力定律，估算太阳的密度。为了方便，不妨假设太阳的半径增大到r，这时它的平均密度为，太阳的质量可由下式求得： 即M= (T为地球绕日运动的周期)。这个假设的太阳的体积为V；而M，所以。 太阳的实际平均密度为，半径为R，由于密度与体积成反比，体积与球半径的三次方成正比，因此，即=，由图2可知，(从小孔成像得到)， 代人有关数据可得太阳rRL光斑图2 1.4×103（kgm3）。（二）、设计实验方法例

9、2：校医务室有一台测体重的台秤，一只篮球，一张白纸，一盆水。请设计一个实验方法，粗略测出篮球击地面时对地的冲击力。解析：此题是设计实验方法的类型。需要提出实验器材，选择合适的实验方法。考虑若使篮球击在台秤上进行测量，则一方面无法保证球冲击地面、秤面的力一样，另一方面球对秤面的冲击力是瞬时的，无法读取测量值。因此，篮球击在平面上，它产生的冲击力的大小与篮球和地面接触处形变量大小有关。所以，只要记录球击中地面时形变量大小就可以通过模拟的方式再演现出来。 F图3如图3所示。将白纸铺在地面上，将篮球放入盛水的盆中弄湿，让球拍击地面上白纸、并留下球的水印。再将有水印的纸铺在台秤秤面上，将球放在水印中心，

10、用力缓慢压球。当球发生的形变刚好与水印吻合时，台秤的读数即为冲击时冲击力的大小。 该实验从设计思想采用了“模拟法”，以静态情景模拟动态情景，化“无法测”为“有法测”。这对学生的能力要求是比较高的，如果我们平时在教学中注意贯穿方法教育，会减小这类问题的难度。例3：某学生用一个弹簧秤、一块木块和一根细线如何粗略测定木块跟一个固定斜面之间的动摩擦因数，已知不加拉力时，木块在斜面上将保持静止。解折：该实验重在考查实验方法。实验方法如下：(1)将细线的一端系在木块上，另一端系在弹簧秤的挂钩上，在静止情况下测量出木块的重力G。(2)木块放在斜面上，用弹簧秤沿平行于斜面的方向木块向上匀速拉动木块，记下弹簧秤

11、的读数为F1，同理用弹簧秤向下匀速拉动木块（木块沿斜面向下运动），记下弹簧秤读数为F2，设斜面与水平面的夹角为，根据木块处于平衡状态分别可得方程，即 F1=Gsin+Gcos F2+Gsin= Gcos 由、得= 本题要求学生将现行教材内习题中测定物体与水平面的动摩擦因数的方法迁移至斜面上，并创新地设计出沿斜面向上、向下拉动木块的两种方法。 例4：一个电灯，电阻为4R，试设计一个电路，使电灯两端的电压调节范围尽可能大，可利用的器材有：一个电动势为内阻为的电源；一个最大阻值为R的滑动变阻器；开关、导线若干。 （1）设计实验电路，并画出实验电路图。 （2）灯泡两端电压可调节的范围是多少?解析：此题

12、考查设计实验的原理和方法。（1）若采用滑动变阻器限流式接法，灯泡两端电压的最小值大于零，因而电压调节范围较小。若采用分压式接法，灯泡上的电压变化范围约为0，显然，滑动变阻器被当作分压器使用时，灯泡上电压的调节范围比限流时调节范围大，设计电路如图4所示。PabK图4（2）当滑片P滑到滑动变阻器的左端a时，灯泡两端电压U10；当滑片P滑到右端b时，有： I2, U2=I 所以灯泡两端电压可调节的范围是0在教学中，我们可以对滑动变阻器的两种接法（分压式和限流式）作对比复习，帮助学生掌握两种接法的特点。（1）滑动变阻器的两种接法（分压式和限流式）各有特点，现列表如下：分压式限流式负载两端电压(或电流)

13、负载电压或电流从零开始可连续变化，调节范围大。负载电压或电流并不从零开始，调节范围不大。负载与滑动变阻器阻值关系一般负载电阻远大于滑动变阻器阻值，则调节效果好一般负载电阻小于滑动变阻器电阻，则调节效果好能量消耗干路电流大，电源消耗电功率大。干路电流小，电源消耗电功率小。 （2）在应用滑动变阻器进行调控时，具体选用哪一种接法，要根据需要而定或者需要使被控元件两端电压调节范围大；或者需要尽量减小电能的损耗；或者实验室只给定比被控元件电阻值小(大)得多的滑动变阻器。因此应用时要根据需要和以上两种接法的特点予以选择。 （三）、设计实验步骤和选择实验器材例5：为了测量一个量程为3.0V的电压表的内阻Rv

14、(约为几千欧)，采用的电路如图5所示。VabpR0K图5 (1)可供选择的实验步骤有： A、闭合开关S； B、将电阻箱Ro的阻值调到最大值； C、将电阻箱的阻值调到零；D、调节滑动变阻器R的阻值，使电压表的示数为3.0V； E、断开开关S； F、把滑动变阻器R的滑动触头P滑到a端；G、调节电阻箱的阻值R0使电压表示数为1.5V，读出此时电阻箱R0的阻值； H、把滑动变阻器的触头P滑到b端；I、按图接电路，注意断开开关S； 将必要的步骤选出并按合理顺序排列_(填各操作步骤的代号) (2)、若在上述实验步骤G中，读出R0的阻值为2600，则该电压表的内阻Rv_，由于系统误差，测量值(选填“偏小”、

15、“偏大”。)解析：此题为设计实验步骤类型。由于Rv+R0RbP，所以可认为b与P之间并联电阻几乎等于滑动变阻器右端电阻Rb。当增大电阻箱电阻R0时，并联电阻几乎不变，在不再调节电路中其它器材的情况下，即使调节电阻器R0，并联电阻两端电压值几乎不变。 首先将电阻箱阻值调为零，移动滑动触头P，使电压表示数为3V；再调节电阻箱阻值，使电压表示数为1.5V，此时电阻箱电阻与电压表内阻相等。读取电阻箱示数即得电压表内阻测量值。 其实，当增大电阻箱阻值R0时，并联电阻阻值略有增大、干路电流略有减小，导致并联电阻两端电压略有增大。当电压表指针半偏(示数U1.5V)时，电阻箱电阻略大于电压表内阻，因此通过电阻

16、箱显示的测量值偏大。答案：(1)、实验步骤合理顺序为I、H、C、A、D、G、E。(2)、电压表内阻测量值为2600，由于系统误差，测量值偏大。 例6：有一电阻RX，其阻值大约在4050之间，需进一步测量其电阻，实验室备有以下器材： 器 材代号 规 格 电池组 E 电动势9V，内阻约0.5 电压表 V 量程为10V，内阻20k 毫安表 mA1 量程50mA，内阻约20 毫安表 mA2 量程300mA，内阻约4 滑动变阻器 R1 阻位范围0100，额定电流为1A 滑动变阻器 R2 阻值范围01700，额定电流为0.3A 开关 S 导线若干为了实验能正常进行并减小测量误差，而且要求滑动变阻器便于调节

17、，在实验中应选用图6中(选填“甲”、“乙”)所示的电路；应选代号为_的毫安表和代号为_的滑动变阻器。VmApSE图6-乙RxVmAPSRxE图6-甲解析：此类题型为设计选择实验器材。考虑到电压表、电流表的接入对原电路的影响，比较可知：。为尽量减小误差，应该选用图6-甲图。当滑动变阻器电阻为零时，回路电流出现最大值，即：因此，从保障安全，减小误差的角度出发，电流表应该选用A2。由于R2的阻值太大，导致的其有效长度利用长度较小，给操作带来不便；同时电流表数值变化不明显，会给数据处理带来较大误差。因此，从操作方便，减小误差的角度出发，应选用滑动变阻器R1。（四）、设计处理实验数据方式 例7：下面是在

18、测某电池的电动势和内电阻的实验中记录的六组数据，请在直角坐标系中画出U-I图，并根据图象计算待测电池的电动势和内电阻。 UV 1.37 1.32 1.24 1.18 1.10 1.05 IA 0.12 0.20 0.31 0.32 0.50 0.57解析：(1)建立坐标轴，由于所得的电压U值集中在1.00V一1.50V之间，因此建立坐标轴、确定纵轴坐标原点时，将其起点值起为1.00V，使描出的点分布区域扩大，方便作图，也提高数据处理和实验结果的准确性。1.001.101.201.301.401.500.10.20.30.40.50.6U(V)I(A)图7(2)描点、作图。根据U-Ir可知，U与I是一次函数关系，因此，U-I图线应该是一条直线，如图7所示。其中，第四个点明显偏离图线，可见是由偶然误差造成的，应舍去。(3)取值、计算。直线与纵轴的交点坐标即为电源电动势1.4