测量型实验设计(教案).doc

测量型实验设计（教案）上课时间：2006年3月3日执教班级：高三（2）班执教教师：上海市第二中学 沈兰课前设想实验设计是高中物理学习中对学生知识和能力要求较高的一部分内容，较多的学生在拿到实验设计题时有“无从下笔”的感觉，因此很多同学对实验设计有“畏惧心理”。所以贯穿于整节课的设计思想是：让学生体会到：实验设计是“有章可循”的，并且这个“章法”就来源于我们的学生实验。因此，在两种测量型实验设计方法的介绍中，与相应的学生实验作比较，让学生看清方法的源头；在用转换法设计实验的过程中，也想体现“顺藤摸瓜”的思想：根据与所测量相关的公式、规律，选择实验原理表达式；根据原理表达式，确定需测量的量、器材；根据需要测量的量，安排实验步骤；最后用测量的量写出表达式。一、教学目标1、知识和技能目标1）理解和掌握测量型实验设计的两种方法：等效替代法和转换法。2）能应用等效替代法和转换法设计简单实验。2、过程和方法目标1）通过将实验设计方法与学生实验中方法的对照和比较，让学生体会：设计实验的方法其实是来源于学生实验中已经学过的方法。2）通过将理论设计立刻应用于实际操作的过程，让学生体会到：理论设计时要考虑到实际操作的可行性、简便性。3、情感、态度和价值观目标通过贯穿于整节课的“实验设计也有章可循”的设计思想，使学生树立对实验设计的信心，激发学生积极思维。二、教学重点让学生学会应用等效替代法和转换法进行实验设计。三、教具准备1、 第一个设计实验所需器材：篮球、台秤、白纸、蓝印纸。最后一个设计实验所需器材：带钩的木块、木板、弹簧秤、支架。2、 计算机、实物投影仪。四、教学流程一、通过测篮球拍击地面时对地面的最大压力实验引入第一个实验设计方法：等效替代法二 、引导学生分析等效替代法的方法来源、方法应用的关键，启发学生应用等效替代法设计实验三、通过测小球带电量的实验引入第二个实验设计方法：转换法四、引导学生分析转换法的方法来源、方法应用的关键，启发学生应用转换法设计实验五、引导学生应用所学方法设计实验、优化设计方案六、结尾：总结测量型实验设计的方法、思路教 学 过 程一、 引入第一个实验设计方法：等效替代法 请同学看第一个设计实验。设计题1：实验室有一台测体重的台秤、一只篮球、白纸、蓝印纸，请设计一个实验方法，测出篮球拍击地面时对地面的最大压力。预计同学可能提出实验方法：用篮球直接砸在台秤上，读出最大读数。教师：这样的方法是否可行呢？请同学上来操作：用篮球直接砸在台秤上，提示其他同学仔细观察实物投影仪上台秤的读数。教师：大家能够读出篮球对接触面的最大压力吗？预计同学会观察到现象：指针偏转太快，来不及准确读数！教师：那么怎么办？如果没有同学想到办法，则教师启发：如果能把刚才砸篮球的动作放慢，甚至定格在最大压力的时刻，就好了。那么，请大家再低头看一下所给器材，白纸和蓝印纸为什么要给出呢？可以怎样利用呢？同学思考、讨论。预计有同学提出设想：将白纸、蓝印纸放在地上，将篮球砸在纸上，这时蓝印纸会在白纸上留下一个蓝颜色圆形印迹，然后将白纸铺在台秤上，把篮球缓慢压到台秤上，当篮球刚好盖过白纸上的圆形印迹时，此时的读数就是篮球撞击地面时的最大压力。教师：提问：为什么篮球刚好盖过白纸上的圆形印迹时，此时的读数就是篮球撞击地面时的最大压力？预计有同学回答：因为这两者形变量相等！请同学上来操作。教师由此引出实验设计方法：等效替代法。教师提问：这样一种实验方法来源于我们的那一个学生实验？同学：共点力的合成与分解。幻灯片显示：测量型实验设计一、等效替代法（方法来源：共点力合成实验） 将直接测量不了的量，通过变通替代的办法间接测量另一效果完全相同量的方法。二、启发学生应用等效替代法设计实验设计题2：实验室里有滑动变阻器、电阻箱、低压直流电源、开关、导线、待测电阻Rx，另有有刻度线但数值模糊的电压表和电流表，要求选择以上器材设计测量电路尽可能准确地测量电阻Rx的阻值。简述其实验原理。如果学生因为选择了滑动变阻器而无法设计出实验，教师可以启发学生：电阻箱与滑动变阻器的区别？如果学生仍然没有思路，可以启发学生：如果有刻度线且刻度清楚，可以怎样设计实验？有刻度线但数值模糊，表明此处刻度线可以发挥一定的作用。再结合电阻箱的作用，结合第一题的设计方法，是否可以得到启发？ V A Rx VA R预计会有同学成功设计：请同学将所设计的实验原理图拿到实物投影仪处讲述原理。本实验设计中，利用接入待测电阻Rx时的电压表、电流表指针偏转与接入电阻箱时的电压表、电流表指针偏转效果相同，用电阻箱等效替代待测电阻Rx。教师：由第一、第二个设计实验，请学生体会等效替代法的关键：创设效果相同的两个物理情景。三、通过测小球带电量的实验引入第二个实验设计方法：转换法设计题3：下面的方法可以用来测量物体的带电量，图中小球是一个外表面镀有金属膜的空心塑料球，有绝缘丝线悬挂于O点，O点固定有一个可测量丝线偏离竖直方向角度q的量角器，M,N是两块相同的、正对安装的平行金属板（加上电压后其内部电场可视为匀强电场）。另外还要用到的器材有天平、刻度尺、电压表、直流电源、开关、滑动变阻器及导线若干，简要的实验步骤如下：（按要求完成相应的解答）（1） 用天平测出小球的质量m,按图所示进行器材的安装，并用刻度尺测出M,N板之间的距离d, 使小球带上一定的电量；（2） 连接电路，如图所示。请写出需要测量的量，以及所求电量的表达式。V请同学回答表达式、需要测量的量：因为题目中已给出物理情景和实验器材，预计同学能够想到实验所用物理规律：带电小球所受：重力G、电场力F、绳子拉力T三个共点力平衡。教师分析：在这个实验中，我们没有直接测量小球的带电量，也没有通过测量其他物体的带电量等效替代小球的带电量，而是通过测量其他一些容易测量的物理量U、d、m、,再通过公式计算出所求量q。这样一种实验设计方法，称为转换法。教师启发：在用单摆测重力加速度g的实验中，我们也是没有直接测量重力加速度g，而是通过测量周期T和摆长L，再由周期公式计算出所求量g。所以这样一种实验方法也来源于我们的学生实验！幻灯片显示：测量型实验设计一、等效替代法（方法来源：共点力合成实验） 将直接测量不了的量，通过变通替代的办法间接测量另一效果完全相同量的方法。二、转换法（方法来源：用单摆测重力加速度g) 将不易测物理量的测量转换为对另一些易测物理量的测量的方法。四、启发学生应用转换法设计实验设计题4：在月球上的宇航员，如果他已知月球半径，且手头有一个已知质量的砝码，请问他还需要什么实验器材，怎样才能测出月球的质量，写出测量月球质量的表达式。教师启发：可以直接测量月球质量吗？可以通过测量其它物体质量等效替代月球质量吗？如果都不可以，那么可以用转换法吗？请同学回答：讲自己的实验设计拿到实物投影仪处讲述原理 （预计大多数同学能较快地想到与月球质量有关的万有引力公式）。教师分析比较两种实验设计方法：等效替代法测量的是不同情况下的同一个物理量，如第一、第二个实验中，测的还是弹力、电阻这两个物理量，因此关键是：创设效果相等的两个物理情景。转换法测量的是其他的物理量，所以必须要通过公式计算才得到所求无力量，因此用转换法设计试验的关键是：寻找与待测量相关的公式、规律。五、引导学生应用所学方法设计实验、优化设计方案请同学应用今天所学方法设计下面这个实验：设计题5：设计一个试验，尽可能准确地测量木块与木板之间的滑动摩擦系数u。预计同学可能有以下几种设计方案：方案1、 匀速F匀速拉方案2、加速下滑教师启发：方案1中用弹簧秤匀速拉木板不容易控制，且弹簧在移动中不容易读数，那么我如果能想办法让弹簧不动，那么实验就容易实现，且容易读数了！预计有同学能够闪出火花：方案3、方案3：静止F加速、减速、匀速拉均可以教师：方案3简便、易操作，更优！五、结尾：总结测量型实验设计的方法、思路测量型实验设计设计方法：一、等效替代法（方法来源：共点力合成实验） 将直接测量不了的量，通过变通替代的办法间接测量另一效果完全相同量的方法。二、转换法（方法来源：用单摆测重力加速度g） 将不易测物理量的测量转换为对另一些易测物理量的测量的方法测量型实验设计思路： 1、根据实验目的选择设计方法（等效替代法、转换法）。若用转换法，还需进行以下步骤： 2、根据与所测量相关的公式、规律：选择实验原 理表达式。 3、根据原理表达式：确定需测量的量、器材。 4、根据需测量的量：安排实验步骤。 5、用测量的量写出表达式。课 后 反 思感觉整节课还是比较顺畅的，课堂中能调动学生的积极思维。课前预计的学生可能会产生的不完善的想法，学生确实想到了；我预想在我的启发下学生可能会闪出的“火花”也确实闪出来了。例如第一个设计实验中，学生首先想到用篮球直接砸在台秤上，在实际操作中发现了其不可行性，在教师对所给实验器材启发下，学生想到了用蓝印纸、白纸记录下篮球最大形变量的等效方法。课前我预想学生可能闪不出来的“火花”，学生居然也闪出来了。例如最后一个设计实验中，学生首先想到的使用弹簧秤直接匀速拉木板（方案1），其他同学认为匀速在实际操作中不容易控制，提出自己的