初中物理实验指导

第一部分理论部分

第一讲中招物理实验命题的特点分析

教学目的

1.明确初中物理实验命题的特点，确定努力的方向。

2.通过实验命题分析，强调初中物理实验教学的重要性。

纵观近年来河南及全国的中招命题情况，中招实验命题有如下特点:

一、考查范围更广，实验题型更全面，考查形式更加灵活多样

考查范围从学生实验，扩展到演示实验以及课

外的一些实际应用问题，如水表的读数，类似于电

阻箱的读数，联系实际又与电能表的读数相似。

实验题型除了常见的基本认知型、测定型、

分析论证型、故障分析与排除型外，近年来又增加

了探究型、开放设计型的实验题。

考查形式上，不以纯的实验题形式出现，在选择、

填空、计算等题型上都有不同程度的渗透。

二、着重对实验基本技能的考查

实验的基本技能包括：基本仪器的读数、制定实验步骤、记录实验数据、分

析数据得出结论等。其中基本仪器的读数是每年必有，完成实验步骤、填出实验

注意事项、分析给出实验数据得出结论等都是常见的。

例1做物理实验要遵循实事求是的原则。小凡同学在“研究动滑轮和定滑

轮特点”的实验中，完成了如图所

示的实验，且记录数据如表。

通过分析数据，她觉得与书上

结论偏差较大，你一定也作过这个

实验，回想你的实验经历，回答下

列问题:

(1)该实验中出现这样结果的

主要原因是什么？

(2)请你对小凡的实验方法提出

合理的改进意见。

解析：本题中，使用定滑轮时，弹簧测力计使用错误，弹簧测力计示数与钩码

重力的差值等于测力计壳体的重力，主要考察学生的观察能力；使用动滑轮时，

弹簧测力计的示数偏大，这是动滑轮的重力所致。应该换用更轻的动滑轮。

三、着重实验基本方法和原理的迁移，考察创新能力

例2(2003年初中物理决赛试题)用电流表和电压表测量电流和电压时，

通常并不考虑仪表本身电阻对待测电路的影响，而将其视为“理想仪表”，即认为

电流表的内阻为零，电压表的内阻为无限大。实际上，电压表和电流表都有一定

的电阻值，因而我们可以把电流表看作一个能显示通过自身电流大小的阻值很小

的电阻，可以把电压表看成一个能显示自身两端电压大小的阻值很大的电阻。所

以，把电压表或电流表接入待测电路时，就相当于在待测电路中串联一个电阻或

者并联一个电阻。这样，电流表两端就要有一定的电压，电压表中就要通过一定

的电流，因此，实际上很难同时精确地测出待测电阻两端的电压利通过待测电阻

的电流。

1.现有一个量程为0.6A、内阻为0.13。的电流表，能否用它测量某电路两端

的电压？若不能，请说明理由；若能，请说明用它能测量电压的最大值。

2.现要精确测量一个阻值约为80的电阻R*,实验室提供下列器材：

电流表4:量程为100mA,内电阻q=4。；

电流表由:量程为500〃A,内电阻々=750。；

电压表V:量程为10V,内电阻6=10KO；

变阻器凡：阻值约10。；定值电阻阻值约10K。；

电池E：两端电压越1.5V；开关S、导线若干。

(1)选出你测量时所需的适当器材，并在虚线方框内画出电路图。

(2)需要测量哪些物理量？根据所测的物理量，写出被测电阻Rv的友达式。

解析：这是一道初中物理竞赛的实验题，电流表作电压表使用，滑动变阻

器作分压器使用，即使为了安全，又能提高实验的精度。

四、着重对科学思想和科学方法考查

在新课程理念下，除了着重对知识和技能的考查外，对科学思想和科学方法

的考查又是中招的一个亮点。在初中物理中常用到的方法有：控制变量法、模型

法、比较法、等效代替法、图像法、转换法、推理法等。

例3(河南试题)有些物理量不能直接测量，实验中我们是通过测量与它大

小相等的量来完成的。下列几个事件中不是应用这种方法的是（B）

A.用量筒和水测量不规则物体的体枳

B.用刻度尺和停表测量运动物体的速度

C.用刻度尺和棉线测量地图上两地间铁路的长度

D.用弹簧测力计测量木块在水平面上匀速运动时所受的摩擦力

例4为了比较准确地测出一堆相同规格的小橡胶垫圈的数量（估计为1000个

左右），最好采用下列哪种方法？（D）

A.将这些垫圈叠在一起，用刻度尺量出总厚度L,再量出一个垫圈的厚度L”

乙/4即为垫圈总数

B.将这些垫圈叠在一起，用刻度尺量出总厚度L,再量10个垫圈的厚度L,

10L/L'即为垫圈总数

C.用天平测出这些垫圈的总质量M,再测出一个垫圈的质量加，用/用|即为

垫圈总数

D.用天平测出这些垫圈的总质量M,再测出10个垫圈的质量M.o,10M『Mi即

为垫圈总数

解析：本题在考查方法的同时，又联系实际，考查了误差理论的应用。若为

一堆一分钱的硬币，用方法B也可以，因为硬币没有弹性。

五、逐步提高通过实验考查学生的探究能力

加强科学探究能力的考查，能更好地体现新课标的目标，有利于改变目前中

学教学中重知识轻实验的倾向，有利于培养学生的科学素养，所以，探究性的题

目在中招中正在逐渐加重。

我们知道科学探究有七个环节：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计试

验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。考查探究能力命题

时，往往不能贪多求全，一般只是对探究环节的某个方面进行考查，这样能保证

考查的有效性和可靠性。

例5小明通过实验研究光从水中射入空气中的现象，如图所示是他根据实验

现象画出的光路图。他改变入射角的大小，发现空气：

中折射光线与发现的夹角随着入射角的增大而增大。_________

你猜想，当入射角增大到一定程度时，会出现的现象三三鼠三三三

是«二二Z±二二二二

你猜想的依据是«=111111111s111111s

解析：折射光消失；光线全部反射回水中；折射角等于90度或折射光沿水面

前进，也给分。

光从水射入空气中时折射角大于入射角；随着入射角的增大折射角先达到90

度。

本题主要考察学生的分析综合能力和科学推理能力，这是科学探究能力的重

要表现。

例6在影响机械效率的许多因素中，摩擦是其中一个重要因素。但小红想研

究粗糙程度一样的斜面，当它的倾斜程度不同时，斜面的机械效率是否相同。针

对这个问题，小红借了一个弹簧测力计，利用家中的.、

案板和盐袋作了如图所示的实验：

A.用弹簧测力计测得盐袋的重力为G

B.用案板作斜面，把盐袋通过细绳与弹簧测力Mi.

计连接，沿斜面向上拉动弹簧测力计，把盐ra

袋匀速拉上向斜面

C.分别测出拉力E盐袋移动的距离s和升高的高度方

D.改变斜面的高度，做4次实验，记录实验数据如下表：

有用总功

斜面的盐袋重量沿斜面的斜面长

斜面的高功机械效

倾斜程度拉力FN

度A/m%/J%/J率n

6/Ns/m

缓50.11.60.5

0.75

较缓50.152.20.51.10.68

1.35

较陡50.22.70.51

1.251.55

最陡50.253.10.50.81

（1）计算并将数据填入表中的4个空格处

（2）由表中数据可以得到的结论是：在斜面的粗糙程度相同时，斜面越陡，机械

效率越_。

（3）分析实验数据，你还可以得到的结论是：（写出

一个）。

解析：（1）0.50.80.6250.741（2）大（3）斜面越陡越

费力，竖直提起时效率最高等

六、实验开放型试题明显增多

这类试题要求学生有扎实的基础知识，较强的发散思维能力和较强的解决

实际问题的能力。这类试题的答案不是唯的,可供选择的器材、方案也不是惟

一的。

例7如图所示，A、B是从同一块厚度均匀

的金属片上裁下的两小片，其中A片是正方形

的，B片的形状不规则。请你用一种物理方法较

准确地测出B片的面积。

提供的器材有：（1）刻度尺，（2）天平（附祛码），（3）量筒、水和细线，（4）

弹簧测力计和细线。

要求：写出所选器材、测量步骤、所测的物理量，并用所测的物理量符号写出

B片面积的表达式（只需写出一种方法）

解析：采用对比的方法测面积。如（1）用刻度尺测量A的边长L；（2）用

天平分别测出A和5的质量mA和mB；（3）计算S=&Z?

mA

例8要学好物理就要多动手实验。请你列举出用大塑料可乐瓶制成的三种

物理实验器具，并简述制作过程及用它所演示的物理现象。

例9小伟同学想在炎热的夏天测定冰块的密度，请你帮助他设计出实验的

主要步骤。

例10在两个广口瓶内分别盛有纯酒精和纯水，请你用尽量多的方法将他

们区分开。（只要求说出区分的方法并明确说出结论，不用叙述具体的实验操作

步骤）

七、误差理论的应用也在提升

不少实验题的正确解答，离不开误差理论的指导。

例11用一把尺子测量某物体的长度，一般要测量三次或者更多次，这样做

的目的是（C）

A.减小由于观察时视线倾斜而产生的误差B.减小由于刻度尺不精密而产

生的误差

C.减小由于估测而产生的误差D.避免测量中可能出现的错误

例12小明在实验室里测量一块形状不规则、体积较大矿石的密度。

（1）用调节好的天平测量矿石的质量。当天平平衡时，右盘中的祛码和游码

的位置如图甲所示，矿石的质量是。

（2）因矿石的体积较大，放不进量筒，因此他利用一只烧杯，按照图乙所示

的方法进行测量，矿石的体积是。

（3）矿石密度的测量值为kg/m\图A到图B的操作会引起密度的测量值比真

甲乙

实值。

解析：175.6g,70.0,2.51X10、由于矿石会带走一部分水，使矿石的体积测

量偏大，测量结果偏小。

例13如图所示为一测量灯泡发光强度的装置。A8是一个有刻度的底座，

两端可装两个灯泡。中间带一标记线的光度计可在底座上移动，通过观察可以确

定两边灯泡在光度计上的照度是否相同。已知照度与灯泡的发光强度成正比、与

光度计到灯泡距离的平方成反比，现有一个发光强度为10的灯泡a和一个待测灯

泡匕，分别置于底座的两端（如图）

（1）怎样测定待测灯泡的发光强度

（2）简单叙述•个可以减小实验误差的方法。。

解析：接通电源，移动光度

计使两边的照度相同，测出耳和再71

2"区□□]________________

由即可求解；多邛…一.....?"

'P—乙—+-------------------H

次测量求平均值。

例14为了测定木块所受到的滑动摩擦力，两个实验小组分别设计了甲、乙

两种实验方案，实验装置如图所示。实验中不计弹簧测力计的重力。

甲方案：在水平实验桌面上将木板用细线拉住，用弹簧测力计沿水平方向拉

木块，使木块在木板上面滑动。

乙方案：将木板放在水平实验桌面上，用线通过弹簧测力计水平地拉住木块,

（1）从实验操作方便的角度考虑，应该选择方案，理由是

（2）从实验误差方面考虑，应该选择方案，理由是o

沿水平方向拉动木板，使木板在木块下面滑动。

八、命题更加贴近实际

试题越来越着重理论和实际的结合，试题联系社会、生活和生产实际，涉及

的情景学生熟悉，真实可靠，有效地考察了学生运用物理知识分析、解决实际问

题的能力。体现了从生活中来，再回到生活中去的理念，命题更加贴近学生的生

活和生产实际。

例15在制糖工业中常用沸腾的方法较快地除去糖汁中的水分，为了使糖汁

在沸腾时不致因温度过高而变质，沸腾时的温度要低于100℃。可行的做法是

A.缩短加热时间B.使容器内的气压小于标准大气压

C.降低炉火的温度D.将糖汁密闭在高压容器内加热

例16生活中常把碗放在大锅内的水中蒸食物，碗与

锅底不接触，如图所示。当锅里的水沸腾以后，碗中的汤将

A.同时沸腾C,不会沸腾，汤的温度总是低于水的沸点

B.稍后沸腾D.不会沸腾，汤的温度能够达到水的沸点

例17对锅加热，锅内的水持续沸腾时，水面上的“白气”并不明显。如果

突然停止加热，水面上很快出现许多“白气”。这是因为

A.沸腾时水不蒸发

B.停火后水开始大量蒸发

C.沸腾时水面上的蒸气温度高于100℃

D.停火后水面上方的温度明显低于水蒸气的温度，大量水蒸气液化为细小的水

珠，形成“白气

第二讲绪论

教学目的

1.通过分析初中物理实验教学的现状，明确加强物理实验教学的急迫性。

2.明确学习这门课的目的是实现角色的转变，不是这些实验你懂不懂、会不

会做，而是你能否教给学生。

3.明确这门课的任务是培养未来初中物理教师的实验技能，且知道这些技能

包括哪些方面。

一、初中物理实验教学有待加强

1.初中物理实验教学很重要，但依然是薄弱环节

初中物理实验很重要，表现在：

(1)物理学的发展离不开实验：物理学本身是一门以实验为基础的自然科学,

物理概念的建立和物理规律的发现离不开实验。从物理学的发展史上知道，物理

学的真正开始是从伽利略把实验引入物理学研究，在此之前，人们只是通过观察、

总结得到一些结论，结论是否正确也没有人通过实验来验证，正因为如此，才使

亚里士多德的“重的物体下落的快，轻的物体下落的慢”的错误结论延续两千多

年，”把一张纸片一分为二，一半团成一个团，同时从同一个高度下落，但是没

有同时落地”，若有人早做早就把这个错误结论给否定了。

所以，伽利略的贡献不仅仅在其贡献的本身，更重要的是他给人们研究物理

学指明了正确的方向，解放了思想，指明了方法。

(2)物理学习离不开实验：同样物理知识的学习也离不开实验，物理实验的

开展有利于给学生提供更多的直观的感性材料，有利于激发学生物理学习的兴趣

(上课带着器材进教室，学生的反应如何？),加深对物理概念和规律的理解：有

利于培养学生的动手能力，观察能力，理论联系实际的能力，发展他们的创新能

力；有利于培养他们实事求是的科学态度和一丝不苟的工作作风。

在国外发达国家，实验课所占的比例非常大，如在英国中学的最后二年(即

预科一相当于我们的高二、高三)学生在物理实验室的时间占物理课教学时间的

25-50%,在中学低年级可占总教学时间的70-80%；在西德，初中物理课共安排

了343个实验，其中295个要求学生自己完成；学生对物理课的学习几乎都是在

手脑并用的过程中完成的，他们的学生动手能力能不强吗？他们能对物理学习没

有兴趣吗？理论深度不够，但是所学东西不少是自己总结出来的，理解能不深刻

吗？

在实验课的教学形式上，为了增大课堂教学容量，教学形式趋于边教边实验

的方法，教室转向物理课专用教室。在实验设备条件上，有两个发展方向，一是

重视用简单的仪器作实验。用自制的仪器作实验，用身边的废物作实验；二是计

算机辅助实验，实现实验与现代化的结合。同时，也非常重视开展第二课堂，教

师的责任心和自豪感也非常强。

(3)已经引起重视：初中物理教材中实验的比例较大，一共43个学生实验,

比过去多多了。另外穿插在教学过程中的演示实验、探究实验、课外小实验等明

显增多。

(4)已经引起重视还体现在中招中：中招是初中物理教学的指挥棒，中招

物理实验所占的分值比较高，一般在25%—35%之间，且有增加的趋势，河南省的

占32%o：

但是，初中物理实验教学现状不容乐观，可以说是十分薄弱。由于长期不作

实验或者很少做实验，已经严重影响了初中物理教学的正常开展，表现在：由于

缺乏实验的支持，学生对概念和规律的理解不够深刻；学生学习缺乏兴趣；学生

动手能力差，缺乏创新性等；由于缺乏实验，教师的讲课只能是环环相扣的理论

推导，学生一旦跟不上，也就跟不上了；教师的优质课尽量以课件代替实验；学

生在中招中实验题的失分率总是居高不下等。造成这种现象的原因有以下儿个方

面：

（1）教师重视不够，责任心不强，怕麻烦；

（2）实验器材老化而且又缺乏，做不成实验或者作出的实验效果不好；

（3）教师本身的实验素质不高，不会做实验；

（4）缺乏高素质的实验员，或者学校领导对实验员工作重要性的认识不足。

因此，我们说初中物理的实验教学亟待加强。

2.现代的新课标所倡导的“探究式”的学习模式离不开实验的支撑。在探究

式的课堂教学中，学生通过观察、思考提出问题后，提出的问题是否正确？有待

于实验的验证。

现在的初中新教材把声现象和光现象放在最前面，因为声现象和光现象是我

们非常熟悉的，儿乎每个人天天都要遇到声现象和光现象。但是我们知道：声现

象中涉及到振动和波，声音的响度是由振幅决定，声音的音调是由频率决定的，

所谓回声是声音反射的结果，所谓光的散射是光反射的结果，所谓光在空气中的

透射是波长较长的光在空气中衍射的结果，而振幅和频率是反映振动特征的物理

量，反射和衍射是波的特征，所以，没有对振动和机械波的正确理解，是不可能

深刻理解声现象的；而振动和波是力学中难度最大的部分，对空间想象能力要求

较高，对数学的处理要求也较高，是放在高中力学中的最后学习的。怎么办呢？

现在初中物理教材的处理思路是：理论体系不要求非常严格，只要通过对你所熟

悉的现象进行观察、分析、总结，提出自己的见解，然后再利用实验验证或者探

究你的见解是否正确或者需要什么修改，从而达到对某一现象的认识。这就是所

谓的探究式学习。探究式学习离不开实验的支持，比如本节课中（1）感觉到“发

声的物体在振动”，用手摸一摸发声的物体就能感觉到在动，但是作为教师只是自

己感觉到还不行，还必须让学生也能看到，于是就要设计实验来让学生看，既然

是让学生看，其可视性就要强，于是让发声的音叉与水接触激起水花、敲响的鼓

面上的小纸屑在跳舞等说明发声的物体在振动，但是，这种振动不持久，要想长

久观察，就要让长时间的发声、长时间的振动，于是有人就设计了这样一个实验:

一个塑料瓶把底部去掉，蒙上一层橡皮膜，瓶内装满带颜色的水，瓶口用塞子塞

紧，塞子中插上一个细玻璃管或细塑料管，让橡皮膜与正在发声的广播的纸面接

触，可以看到玻璃管中的水面随着广播中的音乐而有规律的振动。（这是受迫振动,

频率要低，水有惯性）。（2）声音是依靠空气的振动传播的，怎样显示空气的振动

呢？空气的振动是看不见的，必须通过振动空气对其他物体的作用才能显示出来，

可是振动的空气对别的物体的作用力很小，只有是很轻的物体空气的作用效果才

能显示出来，关键还是要能看到，根据这些要求，利用发声的广播对着点燃蜡烛

的火焰，就能看到火焰在随空气在振动，音乐最好是强有力的摇滚乐，轻音乐的

效果不好。（3）声音的传播需要介质，只有振动而没有传播声音的介质，声波是

不会产生的，可是要创造没有空气的空间是不可能的，只能在实验的基础上再合

理的想象：这个实验逐渐抽气，声音越来越小是合理的，但是在课堂上是不容易

的，于是有的老师反其道而行之，合理吗？也有人采用放录像的方式，我认为比

课件的效果好。为什么选用电铃呢？因为电铃振动发声是大家所熟悉的，且发声

时的振动是有目共睹的。

3.现代的中学生（尤其是城市学生）生活阅历简单，缺乏社会实践，他们的

学习需要有实验支持的直观性教学。由于社会的、家庭的等多方面原因，现在的

学生很少到社会上参加社会实践活动，从家里到学校，再从学校到家，虚拟的东

西接触的还不少，接触的实际东西太少了，这也影响到了物理课的学习，本来举

的实例是为了帮助他们对问题的理解，而实例本身却成了难题。（如磅秤是什么样

的？）

4.物理课件代替不了物理实验。由于现代网络技术的发展，物理课件到处都

是，现在教师上课几乎每节课都用课件，演示实验也不作了，用课件一看了事，

这是不合适的。课件毕竟是虚拟的，设计成什么样就是什么样，与实际还是有很

大差异的，如滑轮的教学中，要得到“定滑轮只改变力的方向，不改变力的大小”

是很困难的，因为摩擦的存在，弹簧秤对细绳的拉力不可能正好等于重物的重力，

为了得到上述结论，一方面要尽可能减小摩擦，另一方面在器材的选取上，要选

刻度较大的筒状弹簧秤，差一点也看不出来，可视性也强。

二、新形势下，教师自制教具和指导学生自制学具有待加强

1.是培养学生动手能力的需要；

2.可以弥补目前实验器材的不足；

3.利用身边的材料甚至是废物作实验，可以变废为宝，加强节约方面的教育；

4.贴近学生的生活，可以激发学生学习的兴趣。

三、初中物理教师应该具备哪些实验素质

加强初中物理教师的实验技能培训，提高他们的实验素质，无疑是加强初中

物理实验教学的重要途径，教师的实验能力不强，对实验不感兴趣，很难有实验

教学质量的大面积提高。教师的实验素质包括哪些内容呢？

"实验技能方面的素质

教师的实验教学素质包括两个方面《

实验教学方面的素质

合理选取实验器材

编制实验步骤

实验操作技能

规范操作、正确读数

排除常见故障

设计记录表格

实验技能素质包括正确处理数据

处理实验数据、完成实验报告的技能

分析实验误差

完成实验报告

改进实验方法，减小实验误差

改进、设计实验的技能

根据需要设计新实验

自制教具和学具的技能

教师的实验技能等于说教师首先应该会作实验，对实验过程的每个环

节了如指掌。但是，光自己会还不行，还必须能传授给学生。因此，教师还必须

具有：

根据教学要求，选择合适的实验内容和实验形式

在学生分组实验中能指导学生实验

实验教学素质《

在课堂演示实验中能“边讲边演示”

能组织引导学生开展课外实验活动

四、初中物理实验包括哪些类型

［学生实验

演示实验

初中物理实验包括.

边教边实验

课外实验

五、怎样加强初中物理实验教学

1.政府、学校加强投入，加强实验室建设。

2.教师的实验素质要提高。

3.教师的观念要转变，要重视实验教学，有条件要做，没有条件创造条件

也要做。

4.中招的指挥棒作用要发挥出来。

5.设置专门的实验课教师。

六、这门课的任务

从理论和实践上提高教师的实验素质。具体要达到以下几点：

1.熟悉初中物理实验的特点，明确初中物理实验的要求。

2.认识初中物理实验中常用仪器的构造、原理和使用方法。

3.熟悉初中常用的实验方法，掌握实验的基本技能。

4.熟悉重点实验和难度较大的实验，探究实验成败的关键及其原因。

5.了解自制器材或教具的思路、方法和基本技能，会自制简单的器材或教具,

以弥补实验器材之不足。

6.了解初中物理实验改革的动向，增强学生的动手能力，实现物理实验的生

活化。

七、这门课的基本要求

初中物理实验研究的研究对象是初中的物理实验（包括学生实验、演示实验、

课外小实验），课程的对象是即将毕业走上高中讲台的专科毕业生，他们已经学习

了实验误差理论，做了不少的普通物理实验，即已经有了相当的理论基础和实验

基础，现在的任务是：在此基础上，从初中物理实验教学的实际需要出发，切实

加强他们的实验教学技能训练，为即将进行的初中物理教学做好准备。在实际教

学的过程中，将贯彻实践性和发展性的原则，通过师生互动达到以下几个目的：

（1）会操作：通过实际的实验操作训练，达到能理解实验原理和实验步骤,

能选择合适的实验器材并能规范使用，会设计表格记录实验数据，会选择合适的

方法处理实验数据并得出结论，即能圆满的、规范的完成每一个实验。

（2）能讲解：根据教师职业的特点，不但要知其然，还要知其所以然；不但

自己会做，还要教会学生做；这就要求不仅会做，而且知道为什么这样做，并且

能够表达出来。这就要求对实验的认识要上升到一个更高的层次，即要求熟悉仪

器的构造、原理及使用注意事项的原因；知道实验的原理，明确实验的方法，知

道确定实验过程先后排序的根据；知道可能的误差来源以及减小误差的措施。

（3）要发展：能根据误差理论对实验有所改进；能够将所学的实验原理和实

验方法等进行迁移，设计出更合理的新实验。能把最新的科技应用到物理实验教

学中。

第三讲实验基本知识

教学目的

1.掌握实验量具仪表的精密度、准确度概念；

2.了解教学仪器的型号、符号和认识仪器的一般过程;

3.了解实验操作规范要领及规范操作的意义；

4.了解误差理论在初中物理实验教学中的应用；

5.了解物理实验中常用的研究问题的方法；

6.明确自制教具的重要意义及怎样自制教具。

一、怎样识别仪器

实验离不开测量，测量离不开仪器。

1.测量

（1）何谓测量？测量是指为确定被测量对象某个方面性质的量值而进行的被

测量对象与仪器比较的过程，即测量就是比较。

如测量桌子的长度时，是桌子的长与米尺的比较；

测量铁块的质量时，是铁块与祛码的比较（通过等曾天平）；

测量某个物体的温度时，是该物体与温度计的比较；

用杆秤称量一个西瓜的重量，就是西瓜通过杆秤与秤锤比较；

用弹簧秤称量一个物体的重力，就是该物体通过弹簧与标准重力器比较（作

用效果相同）

用秒表测量一段时间，就是这段时间与秒表比较；

用万用表测电阻，就是该导体与标准电阻器比较。

（2）测量分为直接测量和间接测量：

直接测量是指被测量与测量仪器直接比较。

间接测量是指先找出被测量与几个直接测量量的关系式，通过测量直接测得

量计算出被测量。如伏安法测电阻、用单摆测定重力加速度、用电流表和电压表

测电池的电动势和内阻等，用电压表直接测量电池的电动势属于直接测量。

（3）测量结果：测量结果包括两部分，数值和单位，数值又包括两部分：测

量值和误差范围。

2.测量仪器

（1）测量仪器是指用以直接或者间接比较测出被测量值的所有器具。如游标

卡尺、天平、弹簧秤、秒表等。

一个国家最准确的计量器具是一些“主基准”，在全国各地有经过“主基准”

校准过的“工作基准”，实验室使用的仪器已经直接或间接用''工作基准”校准过。

所以成了我们测量时的“基准”,我们的测量实际上是间接地把被测量与基准比较。

（2）仪器的准确等级

测量时，是以仪器为标准进行比较的，所以仪器的准确程度直接影响测量结

果的准确程度，但是在实际的测量中，由于测量的目的和测量对象不同，对测量

精度的要求也不同，如称量金戒指的天平必须精确到0.001g,而称量一汽车货物

质量的磅秤差几千克也无关要紧。为了适应不同测量需要对仪器精度要求的不同，

国家规定工厂生产的测量仪器分不同的等级。仪器的准确度等级可以从以下几个

方面识别：

①测量仪器的精密度，一般是指仪器的最小分度值。同类测量仪器，其最小

分度值越小，精密度越高（比较米尺、游标卡尺、千分尺）。在相同条件下的多次

测量中，由于多种可能的原因，测量的结果不会完全相同，大小具有偶然性，但

是在单次测量中的最大绝对误差认为是最小分度直的±2（在验证动量守恒定律

2

的实验中，参考答案为64.7±0.5cm的依据就在此），精密度高说明测量的随机误

差小（半刻度值小）。对于同一物理量的测量，精密度越高的仪器，测量结果的有

效数字的位数越多。

②测量仪器的准确度，是指在规定的使用条件下正常工作时的基本误差，对

于电表来说就是最大百分相对误差（怎样计算的？），决定了电表的级数（K级

表的最大百分相对误差是K%）。仪表的准确度反映了测量时系统误差的大小，主

要是山仪表的结构决定的（如电表的灵敏度会影响其准确度）。

同一表的两个量程为什么级数是一样的？最大绝对误差成比例关系吗？（通

过表头的电流没有发生变化）

怎样利用准确度估算一次测量的最大误差？

为什么要求测量值尽量接近满量程？

当仪表的满量程为心”，最大绝时误差位—max时，最大相对误差为

AYAX

=一"*100%，当测量量为X时，其最大相对误差为&=7"X100%，

/axX

可以看出，X越大，相对误差越小，一般要求测量值不小于量程的2/3,这样仪

表的准确度与测量的准确度趋于一致。

③测量仪器的精确度：对不同的器材，其含义不同。

对于电学类仪器，系统误差其主导作用而偶然误差可以忽略不计，此时的精

度就主要代表准确度；

对于米尺、游标卡尺、量筒、温度计等，测量时偶然误差起主导作用而系统

误差可以忽略不计，此时的精度主要是指精密度。

对于天平来说，精度既与精密度有关，又与准确度有关，因为测量结果与横

梁的灵敏度、祛码精度都有关，其精度等于其感量与称量之比。

（3）仪器的选择

实验时要恰当地选择仪器。并非仪器越精密越好，如测量一车煤的质量用天

平、测单摆的摆长时用千分尺等，这样麻烦、没意义，还是一种浪费，在实验中

尽量减少精度高仪器的使用次数，以延长其使用寿命。在选择仪器时。要注意：

①安全：不能超过仪器的量程;

②精密：精密度符合要求就行，不要在•个实验中使用精密度悬殊的仪器:

③简单：越简单的仪器越好，越精密的仪器复杂程度越高。

(4)怎样了解仪器的性能？

仪器的性能有许多指标，最基本的是测量范围和准确等级。

①先从包装或者标签看型号

国家教育部为了促进教学仪器的标准化、通用化和系统化，制定并颁发了教

学仪器的技术标准，凡是国家教育部已经颁发技术标准的教学仪器，都有型号和

定型样机。目前，把教学仪器分为九大类，每一类又分若干小类，分类标准是统

一的，由阿拉伯数字表示，每个仪器的编号都有四位数，第一个数是大类号，第

一个数加上第二个数是小类号，第三、四数字是仪器在同一小类中的序号，如

J1201,“1”表示通用仪器，“12”表示电源。“01”表示电源系列的1号；再如

J1201T,"T”表示原来电源改进后的新产品。

②看仪器上的符号标记

一般仪器上标明的主要是测量范围和精确度，如千分尺0.01mm,25mm；调节

范围和允许通过的最大电流，如滑动变阻器0T0Q,2A；额定电压和额定功率等。

电表上的符号标记比较多，表示的信息也比较多。

③如果还有不清楚的，看仪器说明书。

(5)使用时应注意什么问题？

①注意检查仪器是否能正常使用？

②检查是否有零误差？

③检查量程和精度是否符合要求。

④读数时，视线要与刻度平面垂直。

二、实验操作规范

认识仪器是正确使用仪器的前提，而要使实验顺利进行，还要注意操作规

范正确。作为一名物理教师要对“规范操作”有清醒的认识。

(1)只有教师会规范操作，才能对学生提出明确的要求：教师不但会规范

操作，还应知道那些做法属于不规范操作以及有可能带来的危害；

(2)教师的规范操作，对学生有示范作用，同时教师科学的、严谨的作风

也会对学生产生潜移默化的影响。

现在的中招试题中，考操作规范的题目时有出现，若做过实验，且操作正

确，这类题不算什么；若平时不注意或背操作，可能会成为难题。另外，要清醒

认识不规范操作的危害性，如测电压时，若不知待测电压的大小，应先用大量程,

看能否换用小量程，若用反了，可能把表损坏；但是用多用表测量高电压时，若

放在电流挡或者电阻挡上，危险就大了；稀释浓硫酸时，若程序反了，危害性就

更大了。造成这种危害后，若是你教师要求不到位，恐怕你还要服一定的经济责

任和法律责任。

1.制定操作规范的出发点

(1)安全，确保实验中不发生人身伤亡事故和损坏仪器的事故。

(2)保证实验顺利进行，以完成特定的实验任务；

(3)避免实验中人为带来过失误差，减小实验中的随机误差和系统误差。

2.实验操作的程序要求(以电学实验为例)

(1)装配仪器:装配仪器前，先检查仪器有没有零点误差、有没有损坏以及

仪器是否够用。

然后按照“简单、清楚、便于控制和观测”的原则布置仪器。具体来说：

把需要读数的放在正前方，需要操作的如电键、滑动变阻器等放在右手边，不需

要动的如电源、待测电阻等放在左手边，然后根据电路图进行实物连图，先大回

路，后小回路，先外部，后电源；

尽量连线不交叉，能用短导线的不用长导线；

接线要接在接线柱匕不能几根导线的一端脱离接线柱打个结；

最后接电源，开关要保持断开状态。

(2)仪器的预备性调整

检查一下仪器的装配是否正确，各器件是否处于规定的初始状态，如滑动

变阻器触头的位置、电表的量程选择等。

(3)按照规则进行操作，

当检查无误后，试探性的闭合电键，看电表的反应，若正常，按照要求继

续操作。

(4)整理仪器

实验结束后，先断开电源，再拆线。学生要整理仪器后方可离开，整理时

一要把仪器复原，二要检查仪器是否有损坏或者丢失或者别人借走没还。

3.实验操作的动作规范

实验操作不仅要注意程序规范化，还要注意动作规范化。

(1)物理天平使用时应注意什么问题？

①先调节底座水平，再调节横梁平衡；

②使用过程中左手不离止动旋钮；

③镣子怎样加祛码？

④物体和祛码应放在盘中的何处？

⑤移动天平时应注意什么问题？

(2)怎样拿烧杯倾倒液体？如果盛的是水银，还应用手托住杯子的底部。

(3)如何观察标度？如何读数？

(4)如何拿光学器件？

(5)温度计怎样使用？

4.教师演示实验的操作要求

作为演示实验，除了规范操作外，还应：

（1）操作前，先介绍实验的目的、原理、器材、及观察的重点；

（2）尽量增加可视性；

（3）演示结束后，及时把仪器移开；

（4）有不安全因素的实验，绝不能让学生上台操作。

（5）尽量让学生参与，增强互动，增强可信度。

三、误差理论在中学物理实验中的应用

要提高教师对物理实验的理论指导水平，必须掌握误差理论并应用到实际中

去。近年来的中招试题中，涉及误差理论的题目不断涌现，只是提法不同--做法

中最合理的是。既是中招考试中不考察误差理论，作为教师确定实验方案、选择

仪器时也必须用到误差理论。

1.误差

测量值和真实值之间的差异叫做误差。物理实验离不开测量，测量必有误差,

并且贯穿测量过程的始终；误差不是错误，只要细心、态度端正，错误是可以避

免的，而误差是不可避免的，但可以设法减小。（在验证动量守恒定律的实验中，

小球从斜槽上的同一位置由静止释放10次，落点位置完全重合是不正常的）

2.测量误差的分类

按照误差的性质和来源，可以把误差分为系统误差和偶然误差（又叫随机误

差）。

（1）系统误差：在进行测量时，由存在的不合理的确定因素引起的测量值与

真实值之间的偏离。它的特点是：多次重复同一测量时，测量结果总是偏大或者

总是偏小，不会出现有时偏大有时偏小的情况，因此不能用多次测量求平均值的

办法来减小系统误差。

减小的办法：由于系统误差的来源有确定性，可以提前分析出来，所以减小

系统误差的方法是对症下药：提高实验仪器的测量精度、完善实验原理、改进实

验方法、控制实验条件等。

系统误差的主要来源有：仪器误差（刻度不均匀、零点误差、天平不等臂、

祛码的标称值不准、弹簧秤换弹簧后没有重新标刻度等）、理论误差（理论不完善

如验证牛顿第二定律中细绳的拉力等于砂和砂桶的总重力、半偏法测电流计的内

阻不计电阻箱接入后电路总电阻的变化、伏安法测电阻不计电表内阻的影响、电

源内阻不计等）、环境误差（由于环境温度变化引起的测量工具不准或者测量对象

发生变化、测电阻时由于通电时间过长引起导体温度升高等）、人身误差（测量者

自身的原因如按秒表时总是提前等）。

（2）偶然误差：山于各种偶然因素对实验者、实验器材、测量对象等造成的。

引起偶然误差的因素是随机的，具有不可预见性，所以事前也无法控制。测量的

结果也有随机性，有时偏大，有时偏小，但是从统计的角度看，偏大和偏小出现

的机会是均等的，且“误差小”出现的机会比“误差大”出现的机会大，所以可

以利用多次测量求平均值的方法减小偶然误差0

3.测量误差的表示

分析实验数据时，常把误差分为绝对误差和相对误差，评价测量结果的好坏要用

相对误差。

(1)绝对误差：AN=|N-No|,即测量值与真实值之差。它反映了测量值

偏离真实值的程度，可以衡量一个测量结果的精确度。

(2)相对误差(常用百分数表示，又叫百分误差)：等于绝对误差与真实值

之比，即

7=—xlOO%(一般情况下，待测物理量的真实值是不

N()

知道的，常用多次测量的平均值来代替真实值)。相对误差反映了测量结果的准确

度，可用于评价两个测量结果的好坏。

4.多次测量结果的表示

⑴平均绝对误差：AN=£|N,—用/,误差理论表明：若以任一测量

/=!

值为中心，以AN为半径划定一个区域，则真值落在该区域的概率为57.5%。测

量结果表示为N=N±AN。

S(N.—曾产

(2)单个测量值的标准偏差：=1-^----------,误差理论表明：若

Vn-1

以任一测量值为中心，以标准偏差为半径划定一个区域，则真值落在该区域的概

率为68.3%o测量结果表示为N=N：±SN。

(3)算术平均值的标准偏差：S灯=13----------，误差理论表明：真

'Jn(n-1)

值落在以方为中心，以S犷为半径区域内的概率为68.3%»测量结果表示为

N=N+SR。

5.有效数字和测量仪器的读数问题

2002年最新的物理教学大纲中，对有效数字的要求是这样的：了解有效数字

的概念，会有有效数字表达直接测量结果，间接测量的有效数字的运算不做要求，

一般保留2-3位有效数字即可。1996年出版的物理教学大纲中，提到“对直接测

量的读数，••般要求估读到最小刻度的卜分位（游标卡尺不估读）”。要测量，必

读数，读数要按照有效数字的规则进行。

（1）有效数字：测量总是有误差的，测量的结果总是近似的。用来表示测量

结果的带有一位不可靠数字的近似数字叫做有效数字，有效数字的最后一位是不

可靠的。

①测量结果有效数字的位数是由被测物理量的大小和测量仪器的精密度（最小

刻度值）共同决定的。如长度在12厘米的物体，用不同的测量仪器测量，测量

结果有效数字的位数是不同的。

②怎样识别测量结果有效数字的位数？“0”在测量结果中算不算有效数字？

③测量结果进行单位换算时有效数字的位数不变;测量结果太大或者太小时,

用科学计数法表示时，有效数字的位数不变。

（2）怎样估算测量误差？

①利用测量仪器的精密度来估算：测量仪器的精密度，一般是指测量仪器的

最小分度值。在相同条件下的多次测量中，山于测量着的生理、心理和其他原因，

每次测量的误差大小由偶然性，但不会超过精密度的二分之一，因此，在单次测

量中的最大绝对误差可认为是精密度的二分之一。主要适合于刻度尺、螺旋测微

器、水银温度计、量筒等。

②利用测量仪器的准确度来估算：测量仪器的准确度是指在规定的适用条件

下工作时的基本误差（额定最大相对误差）。以电表为例，2.5级的电表的最大相

对百分误差是2.5%,它等于最大的绝对误差与量程之比，即

加max=——X1OO%=A：%（K为电表的级数）。那么电表的最大绝对误差

△Nmax=K%XN,“（N”,为电表的量程）。适合于电表、示波器、信号发生器等。

对于电表来说，两种估算方法均可，因为电表在设计时一般要求最小刻度值

是最大绝对误差的1.5-2倍。

(3)测量仪器的读数规则

按照有效数字的要求，测量仪器的读数规则是：测量误差出现在哪一位，读

数就读到那一位，若是整数，要用“0”来凑；直接测量中有效数字的最后一位应

与读数误差所在的那一位对齐。中学阶段，一般按照最小刻度的1/2估算测量误

差，对于有级数的测量仪器，也可由其级数估算测量误差。对于常用的仪器读数

规则如下：

①最小分度为“1”的仪器，其二分之一是“0.5”，即读数误差出现在最小刻

度的下一位，所以，读数时应估读到最小刻度的下一位，若是整数用零来凑。

②最小分度是“2”或者“5”的仪器，测量误差出现在最小分度的同一位上,

则同一位分别按二分之一或者五分之一进行估读。这个时候为了避免估读造成的

麻烦，一般调到整的刻度。

③也有例外情况，如游标卡尺、秒表等就不要求估读。

④中学阶段，一般要求估读到最小刻度的十分位。

6.误差理论在中学物理实验中的应用

误差理论在高中物理实验中得到了充分的体现，从实验情景的选取、器材的

选配、实验过程的安排、数据处理等无不体现减小误差的要求。现在举例说明：

(1)对于同一实验，采取多次测量求平均值，体现了减小偶然误差的要求。

(2)伏安法测电阻中，电流表内、外接的选取，目的在于减小由于电表的内

阻引起的系统误差。

(3)电源的选取：半偏法测电流表的内阻要选电动势大的电源；测干电池的

电动势和内阻的实验要选旧电池；测电阻率的实验中电源的电动势不能太大，因

为电阻丝不允许通过较大的电流等都是为了减小测量误差。

(4)确定直线方向时，两点取的一般比较远，在测玻璃的折射率的实验中靠

近玻璃砖的大头针应离玻璃砖近一些，都是为了减小由于作图而带来的误差。

(5)半偏法测电表内阻时，电流表要求选阻值大的滑动变阻器，而测电压表

内阻时要求选择阻值较小的滑动变阻器，也是为了减小系统误差。

(6)为了减小读数误差，电流表和电压表要求指针偏转角度越大越好，而欧

姆表则要求在中值电阻附近读数。

对于电表来说，为什么指针偏转的角度越大，测量效果越好？对于某一个

电表来说，其准确度的级别是一定的，其最大绝对误差也是确定的，欲使测量的

相对误差减小，测量值要尽可能大，尽可能接近瞒偏，所以要求指针偏转一般不

小于量程的2/3,这样测量的准确度就与仪表的准确度接近了。

为什么在不超过量程的情况下尽量选择小量程？对于同一个电表，其准确度

是一定的，量程越大，测量的最大绝度误差也越大；对于某一被测量来说，大小

一定，绝对误差越大，相对误差越大。从最小刻度的一般来估算误差也是这样。

(7)平均值法和图像法处理实验数据也是为了减小误差。

(8)测电阻率是要求电流不宜过大且从大变到小。

四、怎样研究物理实验

设计和改进实验时应注意：

1.突出不同类型实验的特点

演示实验:简单明了，启发性好,着重可视性,对精度要求不高

学生实验:应突出对学生实验方法、实验技能的系统训练，目的是培养学生的

动手能力，激发学习兴趣，巩固对所学知识的理解，要有一定的精度。

课外小实验：应突出趣味性，简单易行，代价不高，材料易找，最好是学生身

边随手可取的材料或器材。

2.以物理学的理论、思想和方法为指导

如难以直接观察到的物理现象或难以直接测量的微小物理量，应该：

,相同的很多个——累积法

.毛细放大

微小的只有一个--------放大法光学放大

螺旋测微器

不能放大--------间接测量如测量分子大小

等效替代——排水法测量不规则物体的体积

不便直接测量的

比较法--------怎样从地图上测量面积9

涉及到的物理量比较多时，应用控制变量法。

需要观测到大气压强的作用效果时，应设法使物体两边的压强不等。

需要观察弹力的作用的形变效果时，应选海绵、泡抹等易发生形变的材料。

3.提升实验效果，能起到应有的作用

讨论以下几个实验：

实验一液体对容器侧壁压强随深度变化的演示

实验二液体内部压强与深度、密度有关，与液体所受重力和体枳无关的演

示

实验三液体内部有向上的压强的演示

实验四浮力产生原因的演示

五、物理实验中常用的研究问题的方法

实验方法主要是按照实验的目的，利用仪器、设备，人为地控制实验条件，

排除干扰、突出主要因素，再现物理现象、过程及其特征所采用的方法。从认识

论角度看，实验方法与分析、综合、归纳、演绎、类比等思维方法不同，因为实

验方法是一种感性的活动，能够直接再现客观过程，而分析等方法都是属于理性

活动，但实验中又广泛运用这些思维方法，并把它们应用到实验设备和过程中去。

实验方法与这些方法互相联系、互相贯通、触为一体。

中学物理实验主要包括再现物理现象、探求物理规律和对物理量测量三个部

分。了解中学物理实验方法，无论是对进行实验、实验教学，还是对实验研究、

实验设计和仪器改进都有很大的帮助。中学物理实验中常见的方法如下：

1.控制变量法

在实验中或实际问题中，当某个因素的变化受到多个因素的影响时，为了探

究某个因素的影响和作用,常先控制其它物理量不变，这种实验的方法称为控制变

量法。如气体的压强、体积和温度通常是同时变化的，我们可以分别控制一个状

态参量不变，寻找另外两个参量的关系，最后再整合找出总的规律。欧姆定律、

牛顿第二定律等都是用这种方法研究的。

2.等效替代法

某些物理量不直观或不易测量，可以用较直观、较易测量而且又有等效效果

的量代替，从而简化问题。如在验证动量守恒实验中，发生碰撞前后两个小球的

速度不易直接测量，可用水平位移代替水平速度研究；在描绘电场中的等势线时,

用电流场来模拟电场等都用了等效思想。

3.累积法

把某些难以用常规仪器直接准确测量的微小物理量用累积的方法，将小量变

大量，不仅可以便于测量，而且还可以提高测量的准确程度，减小误差。（积少

成多，测度算少）如测量均匀细金属丝直径时，可以采用密绕多匝的方法；测量

单摆的周期时，可测30-50个全振动的时间；分析打点计时器打出的纸带时，可

隔几个点找出计数点分析等。

4.留迹法

有些物理过程是瞬息即逝的，我们需要将其记录下来研究，如同摄像机一样

拍摄下来分析。如用沙摆描绘单摆的振动曲线；用打点计时器记录物体位置；用

频闪照相机拍摄平抛的小球位置；用示波器观察交流信号的波形等。

5.外推法

有些物理量可以局部观察或测量，作为它的极端情况，不易直观观测，如果

把这局部观察测量得到的规律外推到极端，可以达到目的。例如在测电源电动势

和内电阻的实验中，无法直接测量1=0(断路)时的路端电压(电动势)和短路

(U=0)时的电流强度，通过一系列U、I对应值点画出直线并向两方延伸，交U

轴点为电动势，交I轴点为短路电流。再如小灯泡常温时的电阻。

6.近似法

在复杂的物理现象和物体运动中，影响物理量的因素较多，有时为了突出主

要矛盾，可以有意识的设计实验条件、忽略次要因素的影响，用近似量当成真实

量进行测量。如用油膜法测量分子的大小、半偏法测量电流表的内阻等。

7.放大法

在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下，往往采用放大法。根据实验

的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异。例如：在《测定金属

电阻率》实验中所便用的螺旋测微器：主尺上前进(或后退)0.5毫米，对应副

尺上有5n个等分，实际上是对长度的机械放大；许多电表如电流表、电压表是利

用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。又比如在《卡文迪许扭实验》,

其测定万有引力恒量的思路最后转移到光点的移动(跟“库仑静电力扭秤实验一

样)，都是将微小形变放大方法的具体应用。

8.实验数据的处理方法

(1)平均值法

取算术平均值是为减小偶然误差而常用的一种数据处理方法。通常在同样的

测量条件下，对于某一物理量进行多次测量的结果不会完全一样，用多次测量的

算术平均值作为测量结果，是真实值的最好近似。

(2)列表法

实验中将数据列成表格，可以简明地表示出有关物理量之间的关系，便于检

查测量结果和运算是否合理，有助于发现和分析问题，而且列表法还是图象法的

基础。列表时应注意：①表格要直接地反映有关物理量之间的关系，一般把自变

量写在前边，因变量紧接着写在后面，便于分析。②表格要清楚地反映测量的次

数，测得的物理量的名称及单位，计算的物理量的名称及单位。物理量的单位可

写在标题栏内，一般不在数值栏内重复出现。③表中所列数据要正确反映测量值

的有效数字。

(3)作图法

选取适当的自变量，通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系，并便

于找出其中的规律，确定对应量的函数关系。作图法是最常用的实验数据处理方

法之一。描绘图象的要求是：①根据测量的要求选定坐标轴，一般以横轴为自变

量，纵轴为因变量。坐标轴要标明所代表