sy《物理教学论》实验绪论(11级-修改) 14311

1、 中学物理实验技术及实验研究中学物理实验技术及实验研究 物信学院物理专业2011级本科班2014年春季教学内容目录教学内容目录 绪论绪论第一篇第一篇 中学物理教学论实验概论中学物理教学论实验概论（基本理论）第一部分第一部分 中学物理实验技术及实验研究中学物理实验技术及实验研究 怎样认识物理实验仪器怎样认识物理实验仪器2 实验操作规范实验操作规范3 误差理论在物理实验教学中的运用误差理论在物理实验教学中的运用4 物理实验的研究物理实验的研究5 自制教具和学具的意义及其要求自制教具和学具的意义及其要求第二部分第二部分 中学物理实验技术及实验研中学物理实验技术及实验研究究 实验一实验一 电磁打点记时

2、器的调整及使用电磁打点记时器的调整及使用 利用打点计时器进行运动和力实验研究利用打点计时器进行运动和力实验研究（P352）实验二实验二 演示电表的改装及应用演示电表的改装及应用（实验四实验四P383） 实验三实验三 静电演示实验与静电演示仪器研究静电演示实验与静电演示仪器研究（P367） 实验四实验四 光学演示实验研究光学演示实验研究（实验五实验五P426） 实验五实验五 测定金属的电阻率测定金属的电阻率（学生实验研究和设学生实验研究和设计计P 509） 实验六实验六 开放自选中学物理力学演示实验研究开放自选中学物理力学演示实验研究 绪 论 一、中学物理实验的重要性中学物理实验的重要性 物理学

3、是以实验为基础的科学。中学物理教学必须以实验为基础。这是由实验本身的特点及其在物理教学中的作用来决定的。 实验是物理学研究的基础实验是物理学研究的基础（课本P136） （一）物理实验方法（课本P136）在人为控制条件下，运用仪器、设备，使物理现象反复再现，从而有目的地进行观测研究的一种方法。（二）物理实验在物理学研究中的主要作用（课本P136） 为发现物理规律提供丰富的感性材料； 检验物理理论，假设的正确性； 开拓物理学应用的新领域。 物理实验在教学中的重要性物理实验在教学中的重要性（课本P136） 实验是物理教学的基础，可以使学生获得感性认识，加深理解物理概念、规律，激发学习兴趣； 培养观察

4、、实验能力，发展智力； 让中学生初步了解物理学的研究方法，培养中学生的科学态度和优良品质。 本课程中学物理实验技术及实本课程中学物理实验技术及实验研究的任务验研究的任务: : 必要的基本实验技术的训练；必要的基本实验技术的训练； 一些重要的难度大的演示实验和学生实验一些重要的难度大的演示实验和学生实验的研究；的研究； 实验教学素质的培养。实验教学素质的培养。 实验一 打点计时器的调整和使用实验研究打点计时器的调整和使用实验研究（3）实验二 大型演示电表的改装及应用实验研究大型演示电表的改装及应用实验研究（3）实验三 静电演示实验研究与静电仪器使用技能静电演示实验研究与静电仪器使用技能 训练训练

5、（3）实验四 光学演示实验研究光学演示实验研究（实验五） （3）实验五 测定金属的电阻率实验研究与设计测定金属的电阻率实验研究与设计（3）实验六 开放自选中学物理力学演示实验研究开放自选中学物理力学演示实验研究（3）第一部分第一部分 中学物理实验教学概论中学物理实验教学概论（基本知识）（基本知识） （P3） 一、量具仪表的精密度、准确度、精度一、量具仪表的精密度、准确度、精度（P3）量具仪表的：指量具仪表的最小分度值。精密度是决定测量随机误差的主要因素之一。 （P4）量具仪表的: 指其在规定的使用条件下工作时的基本误差（额定最大相对误差）。准确度反映系统误差的大小。其意义是，当仪表的量程为Xm

6、时，其最大绝对误差为Xmax，额定最大相对误差（基本误差%）为：K为仪表的级别数）（1.1） （P5） 是个泛指名词，即包含是个泛指名词，即包含也包含也包含，主要看，主要看和和谁起主导作用谁起主导作用可能与精密度或准确度有关，可能与精密度或准确度有关，也可能不同于这两个概念。也可能不同于这两个概念。如：以感量与称量之比来定义。1级：感量/称量=110 -7；2级：感量/称量=210 -7；3级：感量/称量=110 -7；4级：感量/称量=110 -6； 5级：感量/称量=210 -6；6级：感量/称量=110 -6；7级：感量/称量=110 -5； 8级：感量/称量=210 -5；9级：感量/

7、称量=110 -5；10级：感量/称量=110 -4二教学仪器的型号和仪器上常见的符号二教学仪器的型号和仪器上常见的符号计量仪器：计量仪器：长度；长度；质量；质量；时间；时间； 温度；温度；电；电；通用仪器：通用仪器： 一般；一般；支架；支架； 电源；电源；专用仪器：专用仪器：数学；数学；力学；力学；声学与热学；声学与热学； 静电与电流；静电与电流；模型：模型：标本：标本：挂图：挂图：物理；物理；玻璃仪器：玻璃仪器：药品：药品：工具和材料：工具和材料：演示实验材料；演示实验材料；分组实验分组实验 材料；材料；工具。工具。仪表系列：磁电式、电磁式、电动式、感应式、静电式、热线式；电流种类：直流电

8、、交流电、交直流两用、三相交流电；工作位置：水平、 竖直、 与水平方向成60角、箭头顺地磁场方向；接线端钮：正端、 负端、公共端、直流端、交流端、接地端、接外壳端、接屏蔽端、调节钮；绝缘强度：未经耐压试验、 经500V耐压试验、经2000V耐压试验；级别： 仪表量具的准确度级别为1.5级三认识仪器的一般过程三认识仪器的一般过程1应据有关知识和资料，对具体仪应据有关知识和资料，对具体仪器的型号、原理、结构进行了解，主器的型号、原理、结构进行了解，主要部件应充分认识；要部件应充分认识；2掌握仪器的精度、性能、用途和掌握仪器的精度、性能、用途和使用方法；使用方法；3检查仪器的零部件是否完整，基检查仪

9、器的零部件是否完整，基本功能是否正常。本功能是否正常。 例：例： 型号： 伏特表 符号：了解各符号的意义 构造原理：参看说明书或有关资料 性能：双量程、；三个接线柱。 会出现：1、测量前未调零位；2、测量时没注意正负极性；3、被测的量大于电表量程或远小于电表量程的2/3。 一制定实验操作规范的出发点一制定实验操作规范的出发点 : 安全，确保不发生伤亡事故和损坏仪器事故，防火、防爆炸、防触电。 检查，避免人为过失误差，减小实验中的随机误差和系统误差。 保证实验顺利进行，完成实验任务。 二实验操作的程序要求二实验操作的程序要求: 装配仪器装配仪器 仪器的预备性调整仪器的预备性调整 按规则进行实验操

10、作按规则进行实验操作 整理仪器整理仪器举例：举例： 实验前应首先熟悉电路实验前应首先熟悉电路 根据根据“简单、清楚，便于控制和观测简单、清楚，便于控制和观测”的原的原则布置好器材。则布置好器材。 根据电路图正确接线根据电路图正确接线 电源合闸前应仔细检查电路调节好电表的零电源合闸前应仔细检查电路调节好电表的零点，并使电路的输出电压较小，检查无误后，点，并使电路的输出电压较小，检查无误后，方可接通电源。方可接通电源。 实验是更换元器件时必须切断电源。实验是更换元器件时必须切断电源。 操作过程中应养成避免用手和身体接触电路操作过程中应养成避免用手和身体接触电路中的导体的习惯。中的导体的习惯。 实验

11、完毕应先断电源，后拆线路。实验完毕应先断电源，后拆线路。 三实验操作的动作规范三实验操作的动作规范 使用天平 用手拿烧杯，倾倒液体 做静电实验 用注射器做实验 用手调节滑臂、旋钮、启动开关 实验操作不仅要注意程序，而且要注意动作的规范要求，切忌随意性的动作 （1）时，一般用左手握住止动旋钮，不论调节底座、横梁，放卸待测物和砝码，还是拨动游码，都必须在止动期内进行需要观察天平是否平衡时，再轻轻地顺时针旋转止动旋钮当横梁处于升起状态时，左手不可脱离止动旋钮 用右手拿砝码镊，镊口的凹边应当朝上，如下图一所示待测物和砝码都应放在砝码盘的中央 （2）时，应如下图二所示 （3）用手调节滑线变阻器滑臂时，应

12、以另一手扶住瓷支架上方，如下图一所示 （4）用手拿透镜时，应如下图二所示，切不可触及透镜表面 四教师演示实验的操作要求四教师演示实验的操作要求:演示实验要求教师除了按照一般实验的规范进行演示实验要求教师除了按照一般实验的规范进行操作外，还需要根据教学实验的规范进行操作。操作外，还需要根据教学实验的规范进行操作。要求要求: 操作前要介绍实验的目的和原理。操作前要介绍实验的目的和原理。 演示过程中，要引导学生把注意力集中到观察演示过程中，要引导学生把注意力集中到观察的对象和重点上去。的对象和重点上去。 演示的现象应尽可能展示在学生都能观察到的演示的现象应尽可能展示在学生都能观察到的视觉平面内。视觉

13、平面内。 演示仪器或电路的装配中必须展示的部分应尽演示仪器或电路的装配中必须展示的部分应尽量醒目。量醒目。 演示过程应配合讲解和手势。演示过程应配合讲解和手势。 演示结束应及时把仪器从讲台上移开。演示结束应及时把仪器从讲台上移开。 有不安全因素的实验，绝不能让学生上台操作。有不安全因素的实验，绝不能让学生上台操作。 实验操作技能是物理教师实验教学素质的组成部分，应加强自我训练，养成良好习惯。 一、在物理实验教学中的运用误差理论的意义一、在物理实验教学中的运用误差理论的意义 在提高物理教师的实验理论指导能力，误差理论的运用是极其重要的。误差理论在普通物理实验中有详细讲述，但如何具体运用到中学物理

14、实验中去，还是一个值得研究的问题。物理教师正确运用误差理论，对合理配置实验器材、确定误差范围、把握实验成败的关键、判断实验结果、解决实验中出现的问题等方面都有积极的意义。物理实验进行误差分析，是物理实验的特点和要求，也是物理实验教学的一个重要组成部分 。 在定量的物理实验中是必不可少的，也是物理实验固有特点的反映。在物理实验教学中要认真进行误差分析，对系统误差的分析，应做为实验教学中一项重要的内容。 二、误差理论简介二、误差理论简介（一）测量误差（一）测量误差 1、测量误差的一般概念任何测量因各种原因，测量值与真值之间总存在差异，测量值与真值之差称为测量误差。表示为： 测量误差测量误差N =

15、测量值测量值Nx 真值真值No 2、测量误差的主要类型 随机误差随机误差：由于人的感官灵敏程度和仪器精密度有限以及周围环境中偶然因素的干扰等原因造成的误差。（随意性） 系统误差系统误差：指由于仪器的不完善，测量者的生理、心理上的局限或因理论、方法的近似性等原因造成的误差。（偏离性） 3、测量误差的表示 绝对误差绝对误差：N=Nx-N0（测量值与真值之差）测量结果表示成N=NxN。系统误差：N=Nx-N1 相对误差相对误差:绝对误差与测量值(多次测量平均值)之比，N=N/N 相 对 误 差 和 绝 对 误 差 的 关 系 ：N=NN（二）有效数字 在测量中总有一部分可以准确读出的数字和一位估读的

16、数字。包括这一位及以上的数字统称测量结果的。 有效数字的位数决定被测对象和同类量具的精密度。 加减法：先找出参加运算各分量绝对误差最大的分量，然后以绝对误差最大分量的最后一位数为准，将其他分量比此位低的数用四舍五入法进位。 乘除法：先找出参加运算各分量中有效数字位数最少的分量，然后以位数最少的分量为标准对其他分量四舍五入法进位（一般应多保留一位），最后进行运算时再四舍五入。 （三）直接测量与间接测量的误差计算 （反映随机误差）： 单次测量：以量具的精密度1/2作为最大绝对误差。 多次测量：算术平均值：L=1/nNi算术平均偏差：L=1/n Ni-N平均相对误差：L=L/L由直接测量的量代入公式

17、计算，得到结果，称为间接测量。计算间接测量的误差要用误差传递公式：d N = + + + ： 作为一个中学物理教师，要提高实验教学质量必须进行实验研究。培养实验研究能力是实验教学技能训练的又一个重要方面。 研究和设计不同类型的实验应有不同的研究和设计不同类型的实验应有不同的侧重点：侧重点：演示实验应当突出简单、明了、启发性好，而不必片面追求实验的精确度；学生分组实验应当突出实验原理、实验技能的初步训练，养成动手习惯和增强学习兴趣；学生小实验应当突出趣味性和帮助学生理解和运用物理知识。 无论是演示实验，还是学生实验、小实验的研究，都必须从两方面考虑： 一是，以物理学的理论、思想、方法为指导进行实

18、验的改进和创新； 二是，以中学物理教学通论的原则为指导进行提高教学效果的研究。 在研究的过程中不仅需要有一定的技术。更需要有新颖的思想。 中学的实验问题，只需具备中学物理知识水平就能理解。 要研究中学的实验问题却不是简单的事情，需要我们有一定的理论基础、广博的知识、灵活发散的思路和实验技能。从研究的思路可以看到，无论是寻找研究的课题，提出设计方案和最终解决问题，都离不开实验教学研究。 为了增加学生动手锻炼的机会，可以让学生边实验边学习，把实验活动延伸互习题练习等课外领域。还应加强研究适合中学生的力学、热学、电学、光学学具和玩具化的学具，以及研究如何使用学具进行有效的教学活动。 实验仪器设备是完

19、成物理实验教学任务、培养学生实验能力的物质基础。 1、教学仪器的质量首先体现在它的教学设计思想上，因此一个新仪器的诞生离不开教学思想的发展。2、使用自制教具学具进行教学，有利于消除学生对学习物理学、进行实验探索的神秘感，调动学生的积极性、主动性。3、学生在老师的指导下参与制作教、学具的过程是学生得到较为全面锻炼的过程。4、自制教具、学具有助于教学改革的深入发展。在自制仪器的活动中，教师自身的素质也得到了提高。5、自制教具、学具是当前物理新课程改革和发展的需要。开展自制仪器活动，有利于开发适合物理新课程科学探究教学要求的仪器，有利于培养中学生的科学素质，使他们的动手能力和创新思维得到了提高。 1

20、、要有明确的目的，根据实际的教学需、要有明确的目的，根据实际的教学需要自制合适的教、学具。要自制合适的教、学具。 用替代的方法来解决仪器短缺的困难； 对原有现成的教具做某些改进； 设计出新的仪器、开发新的实验； 提供足够的学生实验器材。2突出物理原理，重在学生的能力训练突出物理原理，重在学生的能力训练。 研究自制教、学具，首先要研究其设计思想，从实际教学出发。突出物理原理，注重对学生能力的培养。3、提倡用学生所熟悉的日常生活用品、提倡用学生所熟悉的日常生活用品自制教、学具进行实验，亦即自制教、学具进行实验，亦即“随手取材随手取材”做实验。做实验。 用日常用品组装成教学仪器，进行少量加工制作。 随手取材作为实验的教具和学具，基本上不需加工。 4、要考虑眼前以及长远的目标、要考虑眼前以及长远的目标 自制教