中学物理创新实验课程设计

中学物理创新实验课程设计中学物理创新实验课程设计课程设计(Practicum):大学某一课程的综合性实践教学环节，如：计算机程序设计课程的课程设计，一般是完成一项涉及本课程主要内容的综合性、应用性的计算机程序开发题目。一、 实验名称：测量纸片下落的速度二、 实验设计思路：实验“测量纸片下落的速度”所提供的实验器材有卷尺、秒表、纸片，但是采用这些实验器材总是发现纸片在下落的过程中忽左忽右的飘，下落的路线不是直的，容易碰到课桌或其它的物体而改变路线。我就想找一种东西来代替它，起初想用气球，但发现更难控制路线，而且气球太大，放在实验桌上会引起学生的无意注意。后来想这种东西应该还是用纸来做，因为如果采用铁球等密度较大的东西做实验的话，由于下落的时间太短无法测量下落时间，或者是测量出来的时间误差太大。最后和同学们一起讨论想到用小时候玩过的三个纸条组成的“纸锥”来替代原来的纸片。而且下落的时间可以通过秒表测出(由于实验室没有足够多的卷尺，可以利用人的身高这个条件，此时下落的时间大约是1.2秒)。三、 实验目的：学会测量运动物体的速度。四、 实验所涉及的科学道理：测量纸片(改成“纸锥”)下落的速度这个实验利用的实验原理是速度公式。把纸片改成“纸锥”，主要考虑它在下落时由于下部的形状不同，空气的流速也不相同，根据“在流体中，流速越大的地方压强越小”(伯努利原理)，会产生压力差，导致“纸锥”下落时会顺时针或者逆时针旋转(具体旋转的方向是由安装时的顺序决定的')。五、 实验操作步骤：实验前要测量出同学的身高，作为“纸锥”下落的高度s，记录在实验表格。一位同学把30〜50厘米长的刻度尺平放在自己的头顶，另一个同学按照这样的高度自由释放“纸锥”，同时开始记时，记下“纸锥”落地时所用的时间t，记录在实验表格。重复上述步骤两次。根据速度公式计算出“纸锥”三次下落的速度，并计算出平均值。六、 实验装置或照片：学生可以自制“纸锥”(剪三个完全相同的左右的纸条，把每个纸条对折一次，然后连环套在一起，如图1所示，把三个“脚”向外抽紧，如图2所示)七、 实验所用器材：“纸锥”一个，30〜50厘米长的刻度尺一把，秒表一只。八、 实验效果以及其他需要说明的问题：实验效果：xx年12月14日前后在南京树人国际学校初二十二个班级中施教效果很好，解决了原来所用纸片下落不稳、路线不是直线，路程无法测量的缺点，而且实验器材制作方便、本钱低廉、操作简单、学生感兴趣。后来在鼓楼区其他学校初二物理教学中得到进一步的检验，各位同行一致反响较好。具有较大的推广使用价值。说明：在制作“纸锥”时需要用硬度不要太大、密度较小的纸张，学生课堂练习纸最正确。可以选择高个子同学的身高作为“纸锥”的下落高度，这样可以增加下落时间，减小时间测量上的误差，但是会导致矮个子同学很难判断刻度尺是不是水平的;用矮个子同学身高作为“纸锥”下落的高度，可以最大程度的使刻度尺保持水平，但是会使下落时间变短，这样测量的高度准确了，但是下落时间的测量误差会增大。这样的分析过程可以通过学生的讨论完成。一、热机做功实验的改良与创新（该工程荣获四川省初中物理创新实验方案评比一等奖和全国首届中小学实验教学优秀案例展评一等奖）（一）课标要求热机做功冲程既是初中物理教材中的一个重点，也是一个难点，教材力求通过以图片和模型的形式让学生理解热机做功冲程中的能量转化问题，以及一个冲程所对应的曲轴转动周数。让学生通过对热机做功冲程的学习，对生活中各种热机进行理解。（二）实验原型及缺乏之处1、在初中物理教学中，物理教师在讲解内燃机时，通常是用内燃机图片或内燃机模型来演示热机做功的现象和说明原理。这样演示比拟抽象，不直观，学生不好理解热机做功的原理。2、图片和模型不能准确反映一个冲程所对应的曲轴转动周数，而这是物理教学中的一个考点，也是难点。（三） 实验创新之处用自制爆燃器引入能量转化。用酒精（或汽油）在钢化玻璃筒中燃烧并爆炸，模拟热机做功冲程。用透明玻璃筒做汽缸学生能直接观察到酒精（或汽油）在玻璃筒中爆炸并推动活塞运动：内能转化为机械能。曲轴正反两面分别为红色和白色，实验完成后通过颜色变化直观反映一个冲程所对应曲轴转动周数。（四） 实验器材自制爆燃器一套，自制热机做功演示器一套（直筒透明钢化玻璃水杯一个、10号胶塞一个、电火花点火器一个、活塞、连杆、曲轴、轴承一套、主板及底座支架一套、酒精少许和喷雾。（五） 实验装置图实验装置如图1、2所示。图1为自制爆燃器：①橡胶塞②针筒③橡胶塞④细线⑤电火花点火器。图2为自制热机做功演示器：①电火花点火器②橡胶塞③汽缸（钢化玻璃筒）④活塞⑤连杆⑥轴承⑦曲轴⑧主板及底座支架。（六） 实验原理燃料燃烧：化学能转化为内能。热机做功冲程：内能转化为机械能。一个冲程对应曲轴转动半周。（七） 实验步骤用爆燃器演示内能转化为机械能实验。往爆燃器筒内(针筒)喷洒适量酒精。塞上橡胶塞并轻轻晃动几下。按动电火花点火器开关，观察酒精在针筒内爆炸并推射出橡胶塞。用热机做功演示器演示热机做功实验。观察器材，记录曲轴颜色。往钢化玻璃筒内喷洒适量酒精。塞上带电火花点火器的橡胶塞，按动电火花点火器开关。观察酒精在玻璃筒内爆炸推动活塞做功，通过连杆带动曲轴转动。记录此时曲轴颜色。实验效果酒精的燃烧并爆炸，能通过透明玻璃筒直接观察到，并且伴有爆炸声。橡胶塞和活塞的运动直观呈现，准确反映能量转化过程。通过曲轴颜色变化，准确得出一个冲程所对应曲轴转动周数。反思与拓展虽然用喷雾器喷出酒精，能加快酒精挥发填满玻璃筒，但仍然会受室内温度影响(如果在温度较低的冬天进行实验，最好配备一只电吹风)。加上两个小车轮，能直接模拟汽车气缸推动汽车运动。在玻璃筒壁加上温度计，通过温度计示数上升来反映热量的散失，从而解释热机效率总小于1的原因。二、 斜面上物体力的分解实验创新（该工程荣获四川省中小学实验教学优秀案例展评二等奖）（一） 背景和根本思路斜面上物体力的分解是高中物理教学中的一个难点。在实际教学中，“斜面上物体力的分解实验”只是从理论层面对力的分解实验进行研究，学生不好理解。因该实验的特殊性，不便于制作传统教具来演示，我们就考虑利用数字化实验器材：传感器、采集器、数字显示装置和L型斜面制作一套实验器材，将不可见的实验现象展现出来，方便我们对力的分解进行研究。经过几年的研究与实践，我们与深圳申议实业公司共同开发了“斜面上物体力的分解探究器”。（二） 实物结构图（三） 实验演示方法将该装置底坐垂直于桌面，翻开左侧数字测力计开关，用一段细线将重物（金属圈）悬挂在左侧力传感器的探头上，测出重物（金属圈）的重力。2、将该装置水平放置于桌面上，翻开两个数字测力计开关，按回零键，再将重物（金属圈）放置在两个力传感器的探头上，可测出正压力和下滑力的大小。3、调节斜面的角度，测出的正压力和下滑力的大小随之改变，通过角度值、正压力和下滑力的大小值以及重物（金属圈）的重力值，经过计算后，可以充分说明力的分解实验现象，也验证了力的平行四边定那么。三、 溶液导电实验的改良与创新（该工程荣获成都市初中化学教师实验操作技能大赛创新实验二等奖）（一）背景和根本思路

初中化学中的溶液导电性实验，是为了帮助初中学生认识初中化学中的溶液导电性实验，是为了帮助初中学生认识酸、碱、盐的组成特点，理解酸、碱之间的反响实质;二是为高中学习离子反响奠定根底。初中化学中对溶液导电性实验要求不高，不需要对溶液导电性强、弱进行分辨，即只需分辨出溶液导电与否。初中化学实验中所使用的溶液导电实验装置，没有统一成套的、标准化的实验仪器。做该实验，一般采取两种方式：1、就地取材，自制一套溶液导电性实验装置，采用220V交流电和相对应的60W白炽灯泡（实验按如下列图所示的原理进行）；2、按照现行教材实验方式，采用学生电源、小灯泡（或LED灯）、小灯座、导线、开关和烧杯等实验器材进行实验（如图1所示）。这两种实验方式都存在一些问题：第一种实验方式实验操作时平安性能较差，仪器体积较大，携带不方便，药品用量也相对较多。第二种实验方式也存在仪器体积较大、较多，组装器材麻烦等问题。经过反复实验和研究，我们从微型、简单、高效、平安和环保等方面对该实验进行了改良与创新。（二） 改良和创新方式购置电子元器件和辅材，自制一个小型溶液导电实验检测器，方便我们快速检测溶液是否导电（绿灯亮，溶液不导电;红灯亮，溶液导电）。图2为溶液导电实验检测器实物照片。该溶液导电性实验检测器内有电子电路、三节七号电池作电源，外有红色、绿色高亮度LED灯各一个，按键开关一个以及两个电极。（三） 实验方法和步骤1.用50ml烧杯准备好蒸馏水、乙醇、盐酸、氢氧化钠等溶液。2、按下检测器按键开关，绿灯亮，说明此时两个电极不导通（如图3所示）。3、将检测器两个电极插入装有蒸馏水或乙醇的烧杯里（如图4所示），按下检测器按键开关，绿灯亮，说明蒸馏水或乙醇溶液不导电。4、将检测器两个电极用金属丝短接，红灯亮，说明此时两个电极导通。5、将检测器两个电极插入装有盐酸、氢氧化钠的烧杯里（如图5所示），按下检测器按键开关，红灯亮，说明盐酸、氢氧化钠溶液导电。注意：在做下一实验步骤前，需用洗瓶冲洗两个电极，并用棉球将两个电极擦干。实验完毕后，也需冲洗两个电极，并用棉球将两个电极擦干，取下电池，以便保存。