中学物理实验能力及其培养.pdf

中学 物 理 实验能力及其培养 江苏无锡市第一 中学包子铃 物理 学是建筑在实验基础上的一 门科 学 在 中学物理教学中建立物理概念 物理 规律 应用物理知识 和提高物理教学质量 离开实验也 是难以实现的 中学物理实验又 是 学生今后从事物理实验和科学实验的起 点 因此 探索中学物理实 验能力的内容并 切实加以培养 是 中学物理教学的一项重要 任务 观察能力是 中学物理实验能力中的基础 能力 培养学生的观察能力 在教师进行演示 实验时 要引导 学生进行有目的的重点 观 察 做演示实验时 除交代实验器材 实验 目的外 更要提出观察的重点 例 如 初中 教学机械能的转化与守恒的课题时 要演示 滚摆的实验 这个实验的观察重点 应是重 力势能 主要看 如何变化 动能 主要 看 又如何变化 以及第二次升高的高度 与原来的高度几乎相等 培养学生的观察能力 还要指导学生进 行精细 的观察 例如高中教学薄膜干涉课题 时 我们让 学生做了复色光肥 皂薄膜干涉的 实验 实验时指 导学生观察彩色 条纹 中 有哪 些颜色 每条彩色条纹 中各种颜色是 怎样排 列的 上部和 下部的彩色条纹宽度 是否相 司 彩色条纹宽度 是否随 时 间变 化 又是怎 样变化 的 通过精细观察和思考 从而加深 了对薄膜干涉的理解 又 如初中学生做了水 沸腾的实验 要指导学生先观察加热初期 中期和沸腾时气泡上 升过 程 中体积的变化和 水 温 的变化 培养学生的观察能力 还要配合教 学鼓 励学生在日常生活中进行广 泛的观察 养成 善于观察的习惯 例 如冬天河 上结 冰 是从 河心结起还 是 从河边结起 或是 整个河面 同 时结起的呢 实验操作能力是 中学物理实验能力中的 基本能力 中学物理实验中用到的基本仪器大多属 于 测 量仪器 有米尺 游 标卡尺 螺旋测微 器 天平 打点计时器 弹簧秤 温度计 气压计 安培表 伏特我 万用电表等 为 了培养学 生正 确使用基本仪器的能力 实验 前要使学生了解仪器的构造原理 了解使用 橡胶棒的氖泡一端起辉 但时间很短 在黑 暗处 现象很明显 若用氖管代替测 电笔 现 象又明显些 同判断直流 电源正负极道理一 样 用测电笔 或氖管 可判断电荷的性质 若带电体所带电荷较少 即使对地 电压 大于 测 电笔 或氖管 起辉电压 由于形成 的暂态 电流 时间短于视神经能反应时间 而电流强度又小于人的感 知 电流 故不能观 察和感觉到 这说明用 测 电笔 或氖管 来 判断物体是否带有电荷 同使用验电器来判 断物体是否带 有电荷相比 它的可视 性 灵 敏度都较小 教师在讲授测电笔使用时 应 向学生说 明 不能测高于笔 标称的电压值的电源 电 压 例如测电车电 路时 应选 用 一 笔 因 为我 国 一般电车线路直流 电 压 为 测 电笔使用一段时间 应更换 特别注意笔管内是 否受 潮 一 一 物理 教师 乌 年第 期 仪器的基本妥求 然 后进行操作 例如 正 确使用弹簧秤的基本要求是 一 使用前观察弹 簧秤的最大刻度 和每小格的读数 从而了解 量度范围和精确度 检查并校正零误 差 使 用时施力大小不能超过弹簧秤的最 大刻度 值 施力方向要与弹簧的袖线方向一致 读 数时在读出指针指示出来的数后 还要读出 一位了 占 计数 要完成一个物理实验 通常需要儿种仪 器 墙养学生的实验操作能力 妥指导学生 合理组装仪器 合理组装仪器的基不妥 求 是 正确选用 仪器 正确简单地连接仪器 并使仪器布局合理 便于观 察和操作 例 如 电学实验组装仪器的妥求是 一 熟悉 实验原理图 正确选用所需要的仪器 正确 选用 电学仪器的原则是可用 精确 方便 安培表 伏特表应选用使指针偏转超过满偏 于的量程 欧姆表应选 用使指针偏转在中心 一 一 一 一 一 一 0 一 一 一 值附近的挡位 按电路 图先支路 后 干路 再电源的顺序正确连接电路 安培表 与待测 电路串联 伏特表与待测 电路并联 电流 由正接线柱进入电表 滑动变阻器连接 正确 导线连接牢靠 1 布局要紧凑合 理 使电键和 滑动变阻器便于 调节 安培 表 伏特表便于观察读数 实验中出现故障是难免的 检查实验故 障的基本做法是检查各仪器的工作状态和各 部分的连接走否正常 对可能发 生故障的各 个部件逐个检查 最后排除故障 例如电学 实验故障较多 情况也较复杂 大致 有 电表 或元件内部损坏 一导 线内部断线 开关或导 线接触不 良等 检查的方法基本有 电压 法 和 电阻法两种 实验操作能力的培养要有计划 分阶段进 行 才能逐步钻 飞 执匀2熟练 例如 电路 勺连接 初 中进行串联 和井 联询基本训练 高中进行 电阻 测量 电息电功势阳内 电阻的测 定 电 流表改装成 伏七 一 汽 和 一交二 3玲 表等较 复杂电路的 连接 实验的 目的是要得到或验证物理规律 这就必须具有分析和处理实验数据的能力 中学物理实验中分析和处理实验数据常 用方法是图象法 用图象法分析和处理实验数据的步骤 是 建立 直角坐标系 描出实验数据点 绘 出 图象 总结规律 直角坐标系 用横抽表 示自变量 纵轴表 示应变量 坐标的比例要适当 使图象在图 纸上大小合适 关系清晰 同时还要让学生 学会如何根据这些数据点恰当地绘出平滑的 曲线 或直线 总结物理规律就是根据实验数据所取得 的函数图象分析归纳出物理量之间的规律 例如 在合外力 一定 的情况 下研究物体 的加速度与其质量之 间的关系的实验中 根 据实验数据所得的 4 一 5 的关系 图象是 曲 线 不容易判断出它们之间的关系 不坊改 以质量 的倒数为白变量 加速度为应变量作 图象 如此得到的 4 一 6 关系图象是通 过原点的一条直线 于是可以比较容易地得 出 在合外力一 定情况下物体的加速度与质 量成反比 的结论 四 中学物理实验能力 除观察能力 操作 能力 分析和处理数据的能力外 还有根据 确定的实验目的独立 设计实验方案的能力 这是中学物理 实验能力 中较高层次的能力 设计实验的基本原则有可行性原 则 精 确性 原则和方便性原则 可行 就是所设计的实验妥能达到预期 的 目的 例如 要测定一未知电阻的阻值 可 利用伏安法测 欧姆表 测 半偏法 测和 惠斯 通电桥测等 又 如要测定重力加速度 可利用 打屯计时器测 滴水法 测 7下摆 测 等 由此 可知 学 生的实验设计能力是建筑在融会贯 通地掌握物理知识 基础之上的 为此 要加 38 年弟艺期 物理 牧师 一 一 有效数字 准确数字 可靠数字辨析 河 北唐山师专 魏日升 这 三种数字 在不 同的学术领域的书 籍中有不同 的定义和使用方法 关于有效数 字的定义经初步归纳有五种之多 如 有效数字等 于 准确数字加可疑数字 或可靠数字加可疑数字 有效数字为测量结果准确的位数加上 不准确的一位 或可靠的位数加上可疑的一 位 某近似数的最后一位是 测量误差所在 的数位 那么在这 近似数里 从第一个不是 零的数字起到这个数的末位止的所有数字都 叫有效数字 有效 数字是 最后一位数的误差小于 甘 勺近似数 有 效数字就 是 准确数字 等 等 究竟这种种说法是否都准确 究竟什么 叫有效数字 有效数字 准确数字和可靠数 字这 三种数字 之间究竟有什么异同 有 什么联 系 关于有效数字 有效数字是反映近似数的 它的近似程 度是以误差范围的大小来表示的 所以讨论 物理测量中的有效数字问题总要与误差的性 质 量具 仪表 的精度等联系起来 误差有 门 口 明卜 口卜 明 曰 心门卜扣 切 卜 咋 峭卜 心 目卜峭司 卜 卜阅 司 叫卜 扣卜碑卜 卜 户心曰 心 强对学生 的物理 基 础 知识教学 使学生掌握 坚实的物理知识 精确 就是实验的结果要尽 行 能正确 为此 应使学生 了 解误差的初 步知识 从误 差的来源看 误差 分为系统误 差和偶然 误差 两种 例如前述 测定 电阴的方法 中 实验原 理最完善的是惠斯通 电桥法 前述测定重力 加速度的方法中 实验原理最完善的是单摆 法 为了提高实验的精确度 仪器的选用十 分重要 就测量的工具而言 测量工 具越精 密 误差就越小 用螺旋测 微器测长度就比 用带毫米刻度的刻度尺 测来得精确 为了减 小读数相对误差 伏特表 安培表应选用使 指针偏转超过半偏的量程 欧姆表则应选用 使指针偏 转在中心值附近 的挡位 方便 就是要使实验的操 作 调节方 便 例如 用图 所示 电路测定额定电压 为 伏 额定功率约 瓦的小灯泡的额定功率 已知电源电动势 伏 内电阻 欧 电流表 量程 安 内阻 欧 电压表量 程 伏 内阻 千欧 现有阻俏范围为 欧 额定电 流 为 安的变阻器 甲和眼值范围为 欧 额定电流为 安的变阻器乙 选用那只变阻 器调节较方便呢 由题意 可知 小灯泡额定 电流约 安 电阻为 欧 当达额定电流 时 电路总 电限应约 为 欧 扣除小灯泡 电 阻 和电源内阻 利用变阻器 电阻约 欧 所 以两 变阻器都可用 但使用变阻 器乙时因仅 用其 中很小部 分 难以调节到 所需数值处 从 方便