高中物理新课程下的实验教学.ppt

高中物理新课程下的 黄恕伯2010 11 30 实验教学 一 正确认识实验教学 提到物理实验 常常把它和操作技能联系在一起 在考查学生的实验能力时 总是会想到通过某项实验操作来考查学生的实验能力 例如各种电表的读数 游标卡 螺旋测微器的读数 还有电表 螺旋测微器 以及各种物理仪器或器材的使用方法和使用过程中应注意的问题等等 其实 这些操作技能仅仅是物理实验中收集信息能力的一小部分 而收集信息能力又是物理实验能力的一小部分 物理实验有着宽广的含义 它包含从提出问题 设计实验 到收集 处理 分析数据 形成实验结论和进行表达交流等一系列过程 提到物理实验 常常想到它是解决物理问题的重要手段 是学习物理知识 研究物理问题的重要工具 在理论上我们应用的是数学工具 而在实践上我们应用的工具就是实验 其实 物理实验所扮演的远远不是手段和工具这种角色 它同时体现了重要的科学观念 任何科学的结论必须经过实验的考验 实验是检验理论的最终标准 一 正确认识实验教学 提到物理实验 常常感觉到它是物理教学中一项重要的内容 在具有实验项目的教学中 教师都会认真思考如何使学生理解这个实验 如何使学生会做这个实验等一系列问题 把实验作为重要的教学内容进行教学设计 其实 物理实验不仅是高中物理课程的一项教学内容 它同时是高中物理课程的重要目标 一 正确认识实验教学 高中 物理课程标准 把 科学探究及物理实验能力要求 跟 共同必修模块 选修模块 一起 作为 物理课程标准 中 内容标准 的三个一级主题 足见物理实验在新课程中的重要地位 一 正确认识实验教学 1 创造新的实验项目或装置 建立电容概念的实验 教材没有说明具体的实验方案 因此 有必要创设适合自己的实验方案 二 对实验设计进行再创造 关于建立电容概念的实验设计 1 用电子钟半定量演示 用一节干电池对4700 F电容器充电 随后用充电后的电容器作为电源 对电子钟供电 电子钟工作一定时间后停下来 记录工作的秒数 用两节干电池对该电容器充电 给同一电子钟供电 电子钟工作的时间约为两倍 认为电子钟工作时电流是一定的 2倍的时间意味着通过的电量是2倍 即 电容器的电量和电压成正比 该实验器材简单 通俗易懂 有电容器电压 电量的具体情景 关于建立电容概念的实验设计 2 用数字电压表定量演示 并联后 电容器的电压 电量均变为原来一半 可见Q U 即C Q UC等于单位电压所储存的电荷量 写成等式 Q CU 关于建立电容概念的实验设计 2 用数字电压表定量演示 关于建立电容概念的实验设计 3 作电容器放电I t图像 R C E S 1 2 A 选取C R E的适当值 可以用人工方法收集数据 制作图像 关于建立电容概念的实验设计 3 作电容器放电I t图像 前两个方案更适合用来建立电容的概念 1 创造新的实验项目或装置 电容的概念 库仑定律和电场强度 二 对实验设计进行再创造 关于库仑定律的演示实验设计 1 创造新的实验项目或装置 电容的概念 库仑定律和电场强度 探究硬币碰撞时的守恒量 二 对实验设计进行再创造 探究硬币碰撞中的守恒量 特点 取材 日用器材的装配 价廉 物美 简便 易购 原理 利用位移计算速度 很有创意 使用 可作学生实验 硬币 摩擦面的取材还可以进一步探讨 探究硬币碰撞中的守恒量 教学设计 A碰撞B时 A传递给B的是什么 探究硬币碰撞中的守恒量 速度 动能 贴胶布 从实验数据中发现 v和m成反比是各次实验的普遍规律 即 传递的物理量是mv 1 创造新的演示项目 二 对实验设计进行再创造 2 对现有实验设计进行创新 做功与速度变化的关系 教材的实验方案 改进的实验方案 改用一根橡皮筋 减小劲度 又稳定了方向 前面连一根细线 可以使小车前进一段路程 探究功与速度变化的关系 另一种改进的实验方案 恒力做功 测出小车质量 加速度 可计算细线对小车的拉力 探究功与速度变化的关系 在纸带上取不同长度作为做功距离 初速度为零 计算小车运动这些距离后的速度 改变砝码 增加细线拉力 得到另外多组做功和速度数据 在v W坐标系中描出以上数据的点 发现在同一曲线上 换用v2 W坐标系 得到的图线为直线 说明v2 W 探究功与速度变化的关系 的两种实验方案对比 橡皮筋法 重力法 易于和光电门组合 和打点计时器组合要测多次数据 装置较复杂 器材要求较高 和原有实验没有重复感 通过改变位移获得变化的功 和打点计时器组合只测一组数据 操作较复杂 熟悉的器材 熟悉的操作 和光电门组合将导致实验很复杂 若不改变拉力 有可能被认为是运动学实验 通过改变力获得成倍数的功 1 创造新的演示项目 二 对实验设计进行再创造 2 对现有实验设计进行创新 做功与速度变化的关系 1 创造新的演示项目 二 对实验设计进行再创造 2 对现有实验设计进行创新 做功与速度变化的关系 滑动摩擦力的测量 滑动摩擦力的测量 手持测力计拉着木块前进的缺点 手很难保持匀速 运动的测力计不容易观察读数 改进的实验方案 用电动玩具方式可以保持木块匀速运动 把测力计固定不动 滑动摩擦力的测量 滑动摩擦力的测量 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 例 简谐运动 一般学生的实验方案 简谐运动 一般学生方案 也可以拍摄竖直方向弹簧振子的运动录像 得到分帧照片 依次排列得到图象 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 例 简谐运动 一般学生的实验方案 较高水平的实验方案 根据数学中的正弦曲线和单位圆的关系可以知道 匀速圆周运动质点在y轴或x轴上投影的运动 其位移图象是正弦曲线 简谐运动 较高水平方案 二 对位移 时间图象猜想的检验 一 对弹簧振子位移 时间图象的猜想 简谐运动 较高水平方案 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 例 简谐运动 一般学生的实验方案 较高水平的实验方案 例 牛顿第二定律 参考案例三 参考案例四 参考案例五 斜面长度相等 其斜面高度之比等于斜面倾角正弦之比 由此可以计算两小球合力之比 忽略摩擦 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 2 在原理 现象 应用等方面全面发掘实验潜力 多普勒效应原理的演示 动画模拟 水波实验 波源运动 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 2 在原理 现象 应用等方面全面发掘实验潜力 多普勒效应原理的演示 动画模拟 水波实验 波源运动 多普勒效应现象的演示 实验 声源运动时接收者听到声音音调的变化 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 2 在原理 现象 应用等方面全面发掘实验潜力 多普勒效应原理的演示 动画模拟 水波实验 波源运动 多普勒效应现象的演示 实验 声源运动时接收者听到声音音调的变化 多普勒效应应用的演示 多普勒测速雷达的课堂演示 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 2 在原理 现象 应用等方面全面发掘实验潜力 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 2 在原理 现象 应用等方面全面发掘实验潜力 3 把习题教学跟物理实验结合起来 略 1 对不同的学生使用不同的实验方案 三 优化实验教学实施过程 2 在原理 现象 应用等方面全面发掘实验潜力 3 把习题教学跟物理实验结合起来 4 选择恰当的实验器材体现教材的实验方案 测量电池的电动势和内阻 基本要求 实验原理 根据闭合电路欧姆定律 测出电路中除电动势 内阻以外有关物理量 利用图象或计算 求出电动势和内阻 数据处理 用U I图象分析时 什么表示电动势 什么表示内阻 怎样减小实验的偶然误差 方法 多种 通过外电路U I R关系的变换 闭合电路欧姆定律可以写成多种方式 因此 通过测量U和I 或者U和R 或者I和R都可以求得电动势和内阻 实验方法的多样性可以拓展学生的思路 可以避免死记实验步骤 有利于灵活把握实验原理 也有利于因地制宜选择实验器材 实验 测定电池的电动势和内阻 教学建议 用水果电池作为被测电源 用水果电池作为被测电源的优点 内阻大 有几百到几千 有利于测量 材料容易获得 土豆 铜片 丝 铁片 丝 安全 环保 无污染 激发兴趣 消除对电池的神秘感 实验 测定电池的电动势和内阻 测量方法 土豆电池电动势约0 8V 短路电流约不到1mA 因此可选用J0415型电流表 量程200 A 配合电阻箱进行测量 教学建议 用水果