中学物理实验教学讲座(马鞍山)课件

1、中学物理实验教学安徽师范大学物理与电子信息学院冯霞物理实验是人们根据研究的目的，运用科学仪器，人为地控制、创造或纯化某些物理现象和物理过程，使之按照预期的进程发展，在尽可能减少干扰的情况下进行观测，探求物理现象和物理过程变化规律的一种科学活动。物理实验是物理活动的基础和重要手段，是中学物理教学的重要内容之一。一、物理实验与中学物理实验(一)物理实验在中学物理教学中的地位1. 物理实验是中学物理教学的基础2. 物理实验是中学物理教学的重要内容3. 物理实验是中学物理教学的重要方法4. 物理实验是中学物理教学的重要手段(二)物理实验在中学物理教学中的作用1. 物理实验可以激发学生学习物理的兴趣2.

2、 物理实验可以增进学生对知识的理解，培养学生的能力3. 物理实验可以帮助学生学习和掌握科学研究方法4. 物理实验可以培养学生实事求是的科学态度和科学作风(三) 中学物理实验的概述初中物理实验的概述九年义务教育初中物理应开实验 物理学科说明：1.实验总数103项，其中学生分组（含分组探究）实验35项。2.“演示”为教师课堂演示实验，“探究”可为教师在课堂上引导学生一起探究，也可开为学生分组探究实验。3.教师可根据各项学生分组实验的具体情况对学生分组实验的课时进行合并安排。 大纲要求：学生必做实验20个 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

3、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脸。演示实验64个 张大昌主编：普通高中课程标准实验教科书物理北京：人民教育出版社，2008年版高中物理实验的概述从初中到高中对科学探究和物理实验能力要求螺旋上升高中物理课程标准实验32项（含演示） 物理必修1（5项） 物理必修2（2项） 选修3-1（6项） 选修3-2（5项） 选修3-3（2项）选修3-4（9项）选修3-5（3项）大纲要求为19项物理第五册（实验指导） 美U.哈伯沙姆等著科学出版社1984.9第一版美国高中物理实验内容统计 实验项目共计61项实验1短的时间间隔实验2大距离实验3小距离实验4分子薄层实验5分析一个实验实验6平面

4、镜对光的反射实验7光的折射实验8粒子的“折射” 实验9线圈弹簧上和波实验10水波糟中的脉冲实验11周期波实验12波的折射 实验13波与障碍物实验14来自两个点源的波实验15干涉与位相实验16杨氏实验实验17单缝对光的衍射实验18用干涉现象测量短距离实验19抛物面反射镜实验20会聚透镜形成的像实验21望远镜的放大率实验22分辨率实验23运动、速度与加速度实验24恒力作用下的速度变化分析一个实验 下面这个表，是某一实验的结果记录。现在要求你把这些结果表示为适当的形式，并加以分析。这种形式应当使你能对所研究的过程的性质作出一些有关结论，并使你能预测类似实验的结果，对实验结果作出适当的表示并进行分析，

5、是物理学不可缺少的组成部分。 表中的这个实验所考察的是：一个容器中的水，通过容器底面上的一个孔流出，水流尽所花的时间。你会预期到，这一时间取决于两个条件：一是孔的大小，一是容器中的水量。 h(厘米)d(厘米)3010411.573.043.526.713.5241.223.715.07.2318.410.56.83.756.83.92.21.5表容器中水流尽的时间（单位：秒） 实验25加速度与力和质量的关系实验26惯性质量与引力质量实验27飞行中的球所受的力实验28向心力实验29简谐运动实验30等面积定律实验31爆炸中的动量变化实验32车和砖块实验33二维碰撞实验34模拟核碰撞实验35势能的变

6、化实验36单摆的能量实验37正碰实验38涉及转动的碰撞实验39转动惯量实验40角动量的变化实验41气体的性质实验42硬币实验实验43两个带电球之间的力实验44电力相加实验45驱动力和收尾速度实验46密立根实验实验47溶液中离子所带的电荷实验48电容器充电实验49电动机转换能量实验50电流的磁场实验51用基本单位测量磁场实验52长直导线附近的磁场实验53磁环流实验54电子的质量实验55迈克尔逊干涉仪实验56运动媒质中的波实验57运动物质中的干涉现象实验58以太实验实验59放射衰变的随机性实验60氢光谱和普朗克常数实验61氦光谱 任何完整的物理学入门课程的主要关键是实验。正是在实验室里，你们能与大

7、自然交流；在实验室里，你会惊讶地发现，用你的双手，只用不多几件简单工具，就能够得出很多成果。 在这个自动化的时代里，你也许期望有一些“揿电钮式”的实验，然而在这本实验指南中，你找不到这类实验。我已把书中的技术指导限制到最小量，它们是你开始工作所必备的知识。从一开始，我就用提问题的办法来给出某些进一步实验的指南。此后，就要靠你自己独立去做了。 有一些好的工作习惯是有用的。在你开始做实验之前，总应先读完这次实验的全部描述，你才会对于你试图做些什么有清楚理解。当你完成一个实验时，一定要有完整的记录。这样，你才能在需要时随时查阅这些数据，也才有足够的资料，理解你究竟曾经作了些什么实验。 在实验过程中，

8、凡有必要，就应重复测量若干次，多几次读数一般要比一次读数好。你应当能决定什么情况下需要多做几次测量。 在本书规定的实验中，有不少情况，你将需要有一个或多个同伴的帮助。要与他们共同讨论实验的结果。共同分析会获得比单个人分析更大的益处。 可能你会发现，不能做完每个实验的所有各部分，这时不要着急；如果你认真彻底地做完了一个实验所提出的事情的一半，就要比马马虎虎地做完全部获益得多些。不少情况下，有关分析的部分可以回家做。二、 物理教学中的实验设计1以教师设计为主的实验教学(1)演示实验主要功能建立和解释概念建立和验证规律启发学生积极思维演示实验的类型引入课题的演示建立概念和规律的演示深化和巩固物理知识

9、的演示应用物理知识的演示教材示例初级中学课本物理（第一册）人民教育出版社1987年5月第2版第五章 压强教材内容演示实验在其中的地位空气有质量空气有质量大气压存在大气压很大大气压存在大气压很大托里拆利实验大气压究竟有多大演示微小形变 确保演示成功掌握实验原理；注意环境条件；正确对待实验中的误差；课前准备充分，试做。演示静电感应演示实验设计应做到直观明显演示的现象要明显 仪器的尺寸、大小 背景与对象的关系 仪器摆放的位置 引导学生观察现象及其变化过程仪器要简单，过程要明了实验教学设计应重视指导学生观察和思考从整体到局部，从局部到整体，培养观察思路红蜡块在平面内的运动 排除干扰因素，突出观察重点自

10、感现象 LAESA1LA2RR1ES纵横对比，提高观察的深刻性(b)(c)(a)压力的作用效果与哪些因素有关实验要与思维相结合提出问题；演示；得出结论。重力G支持力FN推力F静摩擦力静摩擦力大小例1：演示摩擦力的大小 把木块放在水平长木板上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块。在拉力F增大到一定值之前，木块不会运动。 演示摩擦力的大小图2如果用力的传感器代替弹簧测力计做这个实验，能够用DISlab在计算机上得到拉力变化的图线。图1BAF图2FABF1图 3计算机力传感器FBA改进1AF2CBF1改进2不用弹簧测力计也可以测最大静摩擦力大小！改进实验例2：探究感应电流的产生条件改进：将电表换成示教电表

11、改进：增加可视性(2)随堂实验(边教边实验) 边学边实验是指学生在教师的指导下边学习、边做实验的课堂教学形式。边学边实验的特点提高学生学习的积极性、培养动手能力、加强指导。边学边实验的适用范围和注意事项教师精心准备、掌握时间、突出指导、加强计划性。合力不等于分力之和！合力不一定大于分力！例1：探究求合力的方法 橡皮筋的滞后现象 滞后现象是一种常见的物理现象，其中两个或多个物理量之间存在一种与先前历史有关的依赖关系。即当一个物理量增加和减少时，另一个物理量对应的值变化不同。(1) 实验装置 用一个物理支架，在支架上装一水平杆，实验时作适当调整以保证橡皮筋的伸长与米尺平行。为准确读数，挂钓和橡皮筋

12、之间挂一有刻度线的小镜子。选用一根普通橡皮筋挂在支架上，由于橡皮筋会自然弯曲，则可挂上挂钩(m5g)使其被拉直作为l0值；缓慢增加砝码，每次100g，读取每次的伸长值li。注意：橡皮筋会从加砝码伸长到稳定不变需一段时间，所以加砝码后应等待几分钟后再读数。(2)实验步骤增加拉力的过程减少拉力的过程序号F/(kg)l/(cm)l/(cm)F/(kg)序号106.006.6001520.17.107.700.11430.28.9710.900.21340.311.9414.690.31250.415.2527.090.41160.518.2628.000.51070.621.5828.770.698

13、0.724.2729.200.7890.826.2729.500.87100.927.9630.200.96111.029.3730.431.05121.129.8030.801.14131.230.0530.871.23141.330.7031.001.32151.431.2031.201.41拉力与伸长量的关系(Mmax=1400g)蓝色为增加过程红色为减少过程拉力与伸长量的关系曲线问题(1)为什么会出现滞后曲线？(2)同一根橡皮筋作同样的实验结果是否相同？例2：探究安培力实验装置的设计 图1探究影响通电导线受力的因素探究安培力的方向与哪些因素有关 控制B、L不变，探究安培力与电流的关系在

14、B、L不变时，F与I成正比控制I、L不变，探究安培力与磁感应强度的关系控制I、B不变，探究安培力与导线长度的关系在I、L不变时，F与B成正比控制I、B、L不变，探究安培力与磁感应方向和导线之间夹角 的关系在I、B不变时，F与L成正比控制I、B、L不变，磁感应方向和导线之间夹角=0时安培力为0；=90时安培力最大教材中没有要求实验内容的教学例如：运动学中关于角量和线量的关系ABA(3)学生分组实验 是指老师依据课程标准，有计划地设计实验内容、系统地训练学生的实验技能和习惯的教学方式。 学生分组实验是培养学生实验能力和科学态度的主要途径，也是发展学生创造思维和进行科研启蒙教育的重要途径。了解基本实

15、验仪器的构造、原理、学会基本仪器的使用探索和验证物理规律培养学生独立实验能力目的：基本要求了解常用的基本仪器的构造、原理和正确的使用方法；学会正确进行观察、测量、读数和进行纪录；学会初步分析、处理和运用实验数据，得出结论；了解误差的概念并学会初步的误差计算和分析；会写实验报告；培养学生严格遵守操作规程和尊重事实的科学态度；培养学生克服困难、遵守实验纪律、保持安静、爱护仪器的优良品质。学生分组实验的基本教学过程准备阶段操作阶段总结阶段(4)探究性实验科学探究要素 提出问题猜想与假设制定计划与设计实验进行实验与收集证据分析与论证评估交流与合作注意：科学探究也有可以独立于科学内容之外的独立性。但是，

16、不论什么情况，科学探究必须以具体的知识为载体，它不能独立于具体知识之外。科学探究不仅有利于科学内容的探索与方法的获得，更有利于学生科学态度、科学精神等意识领域目标的形成。科学探究的七个要素，没有称作“环节”，主要是提醒我们对它们的运用不能机械，应该灵活运用。可以根据具体的探究问题，对七个要素进行灵活组合。科学探究的有关案例完整的探究过程不完整的探究过程完整的探究过程案例研究滑动摩擦力与接触面积的关系提出问题 在研究了滑动摩擦力与压力、接触面的粗糙程度的关系之后，某同学突然想到，滑动摩擦力的大小是否与接触面的大小有关系呢？他将这一问题在全班提出来，作为全班的研究课题。教师引导学生针对这一问题进行

17、大胆的猜想，全班学生提出如下几种意见：（1）滑动摩擦力与接触面的大小无关；（2）滑动摩擦力与接触面的大小有关，并且接触面积越大，摩擦力就越大；（3）滑动摩擦力与接触面的大小有关，并且接触面积越大，摩擦力就越小。猜想与假设学生分组讨论，最后基本达成一致的实验方案如下：（1）实验方法运用控制变量法，使压力、接触面的粗糙程度保持不变，研究滑动摩擦力与接触面积的关系。（2）实验方案实验器材弹簧秤、长方体木块、木板。制定计划与设计实验实验步骤将木板平放在水平面上，将木块的最大面与木板接触；将弹簧秤拴在木块上，拖着木块做匀速运动，记录弹簧秤的示数；将木块的较大的面与木板接触，再做同样的实验；将木块的最小的

18、面与木板接触，再做同样的实验。实验数据记录表格实验次数123接触面积最大面较大面最小面摩擦力大小 f /N根据上述实验方案，全班学生分组进行实验并记录实验现象。进行实验与收集证据分析与论证根据实验数据，各个实验小组分析讨论，得出结论。各小组对这次探究的过程进行反思：实验设计有没有不合理的地方，如木块不同侧面的纹路不同而造成实验数据的不可比性。操作过程中有无失误、误差，如：拖着木块是否真正做到接近匀速运动？木板各处的光滑程度是否完全一致？测量结果是否可信。评估如果考虑到上述的情况，则实验结论是可信的。各小组将探究的过程和结论告诉同学和老师，互相取长补短，完善探究方案，并对结论的实际意义进行探讨。

19、教师应当注意，学生在探究摩擦力的大小与物体的接触面的关系时，结论是：在压力一定，接触面粗糙程度一定时，与接触面的大小无关。摩擦力的大小与接触面的性质有关是容易理解的，因为摩擦力来源于物体表面的凹凸不平，以及接触面上分子之间的相互吸引，所以表面性质不同，摩擦力的大小也不相同。但是，摩擦力的大小为什么与接触面的大小无关呢？这里，“压力一定”是关键！交流与合作不完整的探究过程案例研究流体的阻力提出问题 气体和液体都具有流动性，统称为流体。物体在流体中运动时，要受到流体的阻力。阻力的方向与物体相对流体运动的方向相反。汽车、火车、飞机等交通工具在空气中运动，要受到空气的阻力。快速骑自行车，我们就会感到空

20、气的阻力。轮船、潜艇在水面或水下航行，要受到水的阻力。鱼在水中游动，人在水中游泳，都要受到水的阻力。那么，流体的阻力大小与哪些因素有关呢？我们可以发现如下的一些日常现象：雨滴在空气中下落，速度越来越大，所受空气阻力也越来越大。当阻力增加到与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落。跳伞运动员在空中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力，得以比较缓慢地降落。为了减小阻力，小轿车、赛车、飞机以及轮船的水下部分，外形都采用流线型。收集证据分析上述的实例，让学生归纳出流体的阻力的有关因素：流体的阻力与物体相对于流体的速度、物体的横截面积、物体的形状有关。分析与论证交流与合作全班

21、同学相互讨论，探讨：这一结论在日常生活中还有哪些应用？请列举日常生活中的例子。上述探究中，运用了提出问题、收集证据、分析与论证、交流与合作等几个要素。2以学生设计为主的实验教学 在课堂教学中，由教师或学生提出问题，让学生自行制订实验计划、设计实验方案，选择实验器材、动手操作、收集并处理数据，进一步归纳得出结论的实验。 一般主要是探究性和设计型实验两种探究单摆周期与摆长的关系【实验目的】1. 用单摆测定当地的重力加速度；2. 加深对单摆周期公式的理解。【实验器材】铁架台、中心有小孔的金属小球、长约1 m的细线、秒表、刻度尺、游标卡尺。【实验原理】单摆在摆角很小(小于5)时，其摆动可以看作简谐运动

22、,其振动周期由此可得只要测出摆长l和周期T，就可计算出当地重力加速度g的数值。其中l为摆长，g为当地重力加速度例1：请用一块秒表，一个小球(沿直径方向开孔)。足够长细线及铁架台(附夹子)，粗测某矩形桌面的面积。分析：要测矩形面积，由于没有刻度尺，长、宽无法测量。因此必须采取间接测量的方式。设计方案：利用单摆装置，使摆长先后等于桌面的长和宽。为了结果的精确，重力加速度应取当地数值。例2：实验室配有下列器材：铁架台(附夹子)，长约1.5m的细线 ，细线下坠一个200g左右的小球，一块秒表，米尺。试根据提供的器材设计测量当地重力加速度的实验，写出实验原理。分析：因为只有米尺，而小球的重心在球心，摆长

23、无法直接测量。理论依据设计方案：设第二次摆长为l2(悬点到球心的距离)，有设第一次摆长为l1(悬点到球心的距离)，有测定电池的电动势和内阻【实验原理】 ：闭合电路欧姆定律【实验器材】电源、定值电阻、电键、变阻器、电流表、电压表 方案1 用电压表、电流表测电池的E、rE rVASR方法：通过改变滑动变阻器的阻值E、r方案2：用电流表、定值电阻测电池的E、r E rASR方法：改变电阻箱的阻值E、r方案3：用电压表、定值电阻测电池的E、r E rVSR方法：改变电阻箱的阻值E、r用电压表、电流表测电池的E、r用电流表、定值电阻测电池的E、r 用电压表、定值电阻测电池的E、r 忽略了电流表内阻忽略了

24、电压表内阻忽略了电压表内阻(1)方法分析E rVASRE rASRE rVSR(2)方法改进DGABSRpIESEx rxCDCS1用补偿电路电压补偿电路电流补偿电路II AIIAGRxR0DCABG刻度尺设计电桥测电阻例：测定电阻的阻值器材：低压电源、开关、滑动变阻器（1000）、电阻箱(99999.9)、灵敏电流计(内阻不可忽略)、待测电阻(阻值约100数量级)、导线若干要求：(1)分析给出的电路图，选择最佳的电路进行测量，如果都不合适，可按所给的器材自行设计，画出设计电路图。(2)简要地写出实验的步骤和注意事项。EGRxR0S(a)EGRxR0S(b)EGRxR0S(c)器材：低压电源、

25、开关、滑动变阻器（1000）、电阻箱(99999.9)、检流计(内阻不可忽略)、待测电阻(阻值约100数量级)、导线若干分析器材关健器材：检流计(内阻不可忽略)不能测电流大小，只能的观察指针偏转的大小允许通过的电流很小分析电路(a)：为串联电路根据全电路欧姆定律知EGRxR0S(a)须通过改变电阻箱的电阻测量电流大小才能分析待测电阻分析电路(b)：为分压电路EGRxR0S(b)分析电路(c)：为并联电路EGRxR0S(c)关健点：如何不测电流大小就能得到电阻大小方法：比较法分析：三个电路的共同点都是要测量出电流大小如果设计电路当通过未知电阻和已知电阻时检流计指针偏转的大小相同EGRxR0S(b

26、)设计电路：当通过未知电阻和已知电阻时检流计指针偏转的大小相同步骤：(1)先将滑动变阻器R的滑动头拨向左端处，S1拨向Rx ，再接通开关S(2)调节滑动变阻器R，使检流计指针偏转某一刻度，并记录下来。断开开关S(3) S1拨向R0 ，且使R0阻值很大，由高向低调节R0使检流计指针偏转相同为止，记录此时的R0即为待测电阻Rx值。EGRxR0S(b)S1注意事项：(1) 电源电压不宜超过4V(2) 每次通电前，滑动变阻器的滑动头必须拨向左端处目的：保护检流计电桥法测定值电阻阻值和微安表内阻1.利用提供的实验仪器设计电路，用平衡电桥法测量定值电阻的阻值2. 利用提供的实验仪器设计电路，用平衡电桥法测量微安表内阻【实验目的】待测定值电阻三个、电阻箱一个、保护电阻一个（用电阻箱替代，设为2万欧姆）、灵敏检流计一个、微安表一个、滑动变阻器一个、直流稳压电源一个（5V）、单刀开关两个