中学物理实验设计与研究省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

中学物理

试验设计与研究第1页第一章物理试验与物理学发展

第一节、物理试验在物理学发展中地位一、物理试验与古代物理学发展古代物理试验特点是：①零星不系统；②定量试验较少、定性试验较多；③大多数试验仅限于现象描述或普通解释，没有进行归纳而形成系统理论；④没有用试验来检验已经有理论。第2页二、物理试验与经典物理学发展物理试验特点：①把试验与数学结合起来，既注意逻辑推理，又依靠试验检验，组成了一套完整科学研究方法。其程序大致为：②有意识地在试验中抛开一些次要原因，创造理想化物理条件。既要力争使试验条件尽可能符合数学要求，又要设法改变试验测量条件，使之易于测量。③用试验去验证理论。④把试验与理论联络起来。对现象普通观察提出假设利用数学和逻辑进行推理试验检验形成理论第3页三、物理试验与当代物理学发展当代物理试验特点：①试验与物理理论结合越来越紧密，成为不可分割和相互依赖结合体。物理试验愈加需要理论（包含试验理论）指导，在理论预测和条件范围内进行，而不是盲目地瞎碰。②试验需要更先进技术和仪器设备。③物理试验方法与其它学科结合和向其它学科渗透，使得新试验方法和技术更加快地在应用领域得到推广使用。④当代前沿物理试验越来越成为大规模、集体、综合工程。⑤建立和利用空间试验室，充分利用太空高真空、无污染、失重等许多天然有利条件。第4页第二节物理试验作用2.1物理试验在物理学发展中作用一、发觉新事物和探索新规律。二、验证理论。三、测定常数。四、推广应用。第5页2.2物理试验教学在人才培养中作用1.试验是培养创造性人才必经之路2.试验教学能创设学习物理情景，激发学生学习物理兴趣与求知欲望3.试验教学是发展学生探究能力主要路径第6页第二章物理试验与物理教学科学试验与教学试验比较第7页第一节物理试验在教学中地位一、试验是物理教学主要基础二、试验是物理教学主要内容1、物理试验本身就是物理学不可分割主要内容。2、试验教学是物理教学主要组成部分。3、试验是培养学生试验能力（尤其是操作能力）确保。三、试验是物理教学主要方法。1、试验是物理学研究主要方法。2、试验是教师教物理、学生学物理主要方法。四、试验是物理教学主要伎俩。第8页第二节物理试验在物理教学中作用一、培养学生兴趣和激发学生求知欲。1、试验含有真实、直观、形象和生动特点，易于激发学生学习兴趣。2、试验是一个有目标性操作行为。二、创设学生有效掌握知识学习环境。与生活事例相比，试验有下面一些特点：1、试验含有经典性2、试验含有重复性3、试验含有趣味性4、试验含有定性和定量研究全方面性三、训练学生科学方法。1、试验归纳法。2、试验验证法。3、真实试验与理想试验相结合方法。4、追溯机遇方法。四、培养学生各种能力。五、培养学生良好科学素质。第9页第三章物理试验设计与研究3.1物理试验仪器基本知识1.分类：我国教学仪器分为9大类，每类又分为若干小类如教学仪器型号：JY12012.仪器上惯用符号：检流计：G；电流表：A；电压表：V。3.惯用仪器上标识：游标卡尺：0.02mm，0—150mm分别指是精密度和量程；天平:20mg,500g分别指感量和称量。4.正确操作仪器：5.熟悉一些基本仪器：如刻度尺、温度计、天平、游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、示波器等等。第10页3.2物理试验基本测量方法（1）比较法：待测量与标准具比较。直接比较（直接测量、直接读数）间接比较（间接测量为主）第11页（2）放大法累计放大：测均匀细丝直径、测周期。机械放大：游标卡尺，螺旋测微计，分光计。光学放大：测微目镜、读数显微镜、光杠杆电子学放大：放大电路。第12页（3）转换测量法：参量转换：杨氏模量；单摆测重力加速度（测g转换为测L、T）。能量转换：机械转电，磁转电，光转电，压转电，热转电——传感器。第13页（4）模拟法

以对应理论为基础，不直接研究自然现象或过程本身，而用类似这些现象或过程模型来研究。物理模拟——小模型，保持同一物理本质。如水坝、飞机设计数学模拟——两个不一样现象或过程能够用同一个数学形式来描述，但物理本质不一样。如：稳恒电流电场模拟静电场。人工智能模拟——计算机模拟，预测可能出现现象和结果。第14页（5）赔偿法：提供一个可调标准量来抵消被测量所展现作用，对待测量进行测量。如：惠斯登电桥；电位差计测电动势。（6）平衡法：天平平衡、电桥平衡第15页3.3利用误差理论改进试验效果方法（1）降低系统误差原因：理论方法误差（单摆周期公式、散热、接线接触电阻、伏安法中内接与外接）；仪器误差；个人误差；环境误差。发觉与消除：理论公式完善、仪器校准、试验条件满足。找修正值，参数替换。第16页（2）降低偶然误差原因：主观方面：试验者个人感官、操作协调原因。客观方面：试验条件、环境改变（电、风）降低和消除：增加测量次数（4～10次）（正态分布）第17页（3）注意问题：测量精度、准确度、准确度概念测量不确定度〔被测量〕＝有效数字及其测量结果表示

d=(4.997±0.007)(mm)x±⊿x第18页3.4物理试验数据处理方法（1）列表法－－简单而明确地表示物理量之间关系，便于检验测量是否合理，有利与计算和分析。（2）作图法－－在坐标平面上以曲线表示物理量之间关系。作用与优点：简明直观（能够多条曲线比较，比列表法形象）图上能够求出物理量（光电效应：eVs＝hf-hf0,单摆：T2～l)校准仪器响应曲线线性拟合第19页（3）逐差法－－对等间距测量有序数据进行逐项或等间隔项相减得到结果。优点：可充分利用数据，计算简便。（4)最小二乘法－－从试验数据求经验方程（函数关系）由一组试验数据找出一条最正确拟合直线（曲线），取得变量之间函数关系，称为回归方程。第20页3.5试验原理科学性和可行性一、原理正确性

1、不能弄虚做假，制造假象，坑骗学生。但可采取一定必要技术伎俩。

2、原理无错误，但允许有误差。二、原理确实切性原理与教学中需要说明问题要一致。三、原理可行性

1、设计试验方案从原理上讲并没有错误，但在实施过程中受到装置、器材、试验条件等限制，而无法实施。

2、有些试验即使在科学性上并没有错误，但其主要试验原理学生不易了解，或还未学到。

3、原理无误，学生也易了解，但利用教学中，把他们放在一起就会出现逻辑错误。第21页3.6试验条件选择和试验操作试验条件选择一、依据试验原理选择试验条件。二、依据仪器技术指标（参数）选择试验条件。三、依据误差理论选择试验条件。四、依据理论图线选择试验条件。试验操作一、操作依据。二、操作详细要求。第22页第四章

新课标下，中学物理试验研究第23页4.1新课标对科学探究及物理试验能力基本要求科学探究要素

对科学探究及物理试验能力基本要求提出问题能发觉与物理学相关问题从物理学角度较明确地表述这些问题认识发觉问题和提出问题意义猜测与假设

对处理问题方式和问题答案提出假设对物理试验结果进行预测认识猜测与假设主要性制订计划与设计试验

知道试验目标和已经有条件，制订试验方案尝试选择试验方法及所需要装置与器材考虑试验变量及其控制方法认识制订计划作用进行试验与搜集证据用各种方式搜集数据按说明书进行试验操作，会使用基本试验仪器如实统计试验数据，知道重复搜集试验数据意义含有安全操作意识认识科学搜集试验数据主要性第24页科学探究要素对科学探究及物理试验能力基本要求分析与论证对试验数据进行分析处理尝试依据试验现象和数据得出结论对试验结果进行解释和描述认识在试验中进行分析论证是很主要评定

尝试分析假设与试验结果间差异注意探究活动中未处理矛盾，发觉新问题吸收经验教训，改进探究方案认识评定意义交流与合作

能写出试验探究汇报在合作中注意既坚持标准又尊重他人有合作精神认识交流与合作主要性第25页4.2新课标物理试验教学基本形式1.演示试验2.学生分组试验3.边教边试验4.课外试验与制作第26页4.3新课标中学物理试验框架建构

有四个板块：1.基本仪器使用训练性试验（可融合在验证性试验、探究性试验中）在物理试验中都要利用一定仪器，有必要对学生进行基本仪器使用组装训练，使他们能掌握刻度尺、温度计、天平、游标卡尺、螺旋测微计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、示波器等使用。如：“示波器使用”试验能够让学生认识电子束在电场中偏转原理，知道示波器面板上主要控制器件名称和作用，学习和初步掌握示波器使用方法。第27页2.测定性试验（可融合在验证性试验、探究性试验中）这类试验主要是让学生应用所学物理知识，利用一定仪器来，测定某个物理量或物理常量。如应用自由落体定律测定重力加速度，用伏安法测电阻，用油膜法测定分子大小等。它能够帮助学生了解物理概念和物理量意义，学会利用物理规律，训练基本试验技能，学习间接测量巧妙方法。第28页3.验证性试验这类试验主要目标是让学生经过试验，验证由已知物理理论推导出新结论准确性，从而加深对物理知识了解，培养学生推理和分析能力，并训练试验技能。验证性试验是传统学生试验中主要类型，在新课程实施中任然占有主要地位，如验证力平行四边形法则、验证机械能守恒等。第29页4.探究性试验这类试验主要目标是让学生经历“提出问题—提出猜测和假设—设计试验—实施试验—分析评定—交流”探究过程，利用归纳概括思维方法来建立物理概念和认识物理规律，同时训练一定试验探究技能。它含有让学生亲自“发觉”意义,使他们经历了类似科学家探究物理世界过程，不但学习到了新知识，加深了对物理规律了解和信任，同时也体验到了科学探究喜悦，领悟到一定科学思想和精神。经过探究试验不但能够很好地锻炼学生动手能力，而且还能深入培养学生归纳、概括、交流能力以及团体合作精神。第30页验证性试验和探究性试验都是科学研究中基本试验类型，前者是从普通到个别，推理判断在前，试验验证在后；后者则是从个别到普通，试验在前，结论在后，是探索物理规律主要伎俩。在中学物理教学中，两类试验都有主要作用，不可偏废。第31页4.4新课标中学物理教材分析（试验）1.八年级上学期物理试验教学目标以引导物理初学者了解物理试验特点、方法和作用为目标。率领学生熟悉基本试验仪器，体验探究过程，重点培养学生良好物理试验习惯，由浅入深提升其试验探究能力。（1）知识与技能：内容包括声和光现象、透镜、物质形态和改变及电路和电流基本知识。经过本册试验开展，在知识层面上，学生们首先需要明确初中阶段声、光、电、物质形态各个领域主要研究对象。在试验过程中丰富感性认识，深刻了解对应物理规律和试验思想。第32页初步认识声音产生和传输条件，了解乐音特征，知道防治噪声路径；了解光反射规律，明确平面镜成像时像与物关系，了解凸透镜成像规律；能区分并描述固、液、气三种物态基本特征，了解温度计工作原理和使用方法，了解物态改变时物体温度改变；明确串联电路、并联电路特点和区分，了解串并联电路在实际生活中应用。第33页（2）过程和方法

除乐音特征、温度计使用、连接串并联电路几个试验外，均应采取完整试验探究步骤来组织。但总体看来，探究各步骤要求并不高。每一步均给出较多引导和提醒。这么做是基于引导学生体验完整探究过程，初步培养试验探究习惯和能力目标。重点在于学生操作技能培养，尤其强调试验操作规范性养成，如：强调温度计测量和读数规范性，强调及时统计数据等。第34页（3）情感态度与价值观

以观察类为主，穿插了温度计、电流表、电压表等基本仪器使用介绍。要使学生明确试验在物理学中主要地位和意义，体验物理探究过程和乐趣。引导学生养成严谨试验态度，能认真观察试验和生活中物理现象，并有利用所学知识解释生活中常见现象意识。探究作为一个科学思想方法和精神，是不可忽略教学内容。关注学生试验态度和技能养成，但受学生知识结构局限，此时探究精神培养更多是在试验过程中以师生互动形式渗透展开，暂时还无法以学生独立完成大部分乃至整个探究过程方式出现。探究是科学研究根本思想，应贯通于教学一直，只是不一样阶段它表现形式有所不一样。所以，探究开展主要采取教师引导、师生互动形式；而对应探究评价则更多以隐性姿态出现于教学过程中。它需要教师更主动、细致地观察学生课堂表现，并能及时启发、引导，给予反馈。第35页.八年级上学期物理试验主要内容一声音产生乐音特征二探究光反射规律三探究平面镜成像规律四探究凸透镜成像规律五温度计使用—用温度计测水温六固体熔化时温度随加热时间改变规律七探究水沸腾八连接简单串联电路和并联电路九探究串联电路中各点电流关系十探究并联电路中干路电流与各支路电流关系第36页八年级下册物理试验教学目标

八年级下册物理试验由七个电磁学试验组成。深入引导学生了解物理试验特点、方法和作用，率领学生熟悉基本试验仪器，更深入地体验探究过程，培养学生良好物理试验习惯，提升其试验探究能力。（1）基础知识本册试验囊括了初中电学和磁学主要内容，包括到欧姆定律，电功率，电与磁相互关系，电磁铁在生活中利用几部分。

本册详细知识目标是：了解欧姆定律，明确串联电路中电压规律；了解电功率、额定功率、实际功率定义，了解电功率和电流、电压之间关系；知道通电螺线管外部磁场大小和方向分布，明确导体在磁场中运动时产生感应电流条件；认识电磁相互作用，了解电磁铁应用及其对人类生活和社会发展影响。第37页（2）技能与方法

本册试验均是电磁学基本试验，对电与磁相关仪器使用、用电器、电路连接等试验技能都提出了对应要求。经过本册试验开展，学生需要到达以下基本试验技能：熟练、规范地使用电压表和电流表，能依据需要选择适当电表和适当量程，正确读数；依据试验需要画出正确电路图，并能按照电路图快速、准确地连接电路进行试验；会快速判断滑动变阻器有效使用范围，能依据需要利用滑动变阻器改变电路电流值；知道利用小磁针显示磁场方向，会规范使用灵敏电流计；另外，伴随试验深入，我们希望有效引导学生科学探究能力发展，尤其是针对问题进行猜测，制订计划，分析数据得出结论等几方面能力。第38页（3）情感态度与价值观电磁学发展是理论与试验相互推进，共同作用结果。在本册试验教学过程中，教师首先要使学生明确试验在电磁学发展中主要意义；另首先，提议教师主动利用试验、现象、生活实际和物理学史等内容丰富教学，培养学生联络现象、生活实际和史实来学习物理良好习惯，激发他们学习热情，保护他们勤于实践良好意识。第39页八年级下学期物理试验主要内容一探究串联电路中电压规律二用滑动变阻器改变灯泡亮度三探究电阻上电流强度与哪些原因相关四测定小灯泡电功率五探究通电螺线管周围磁场六探究电磁铁七探究电磁感应现象第40页九年级物理试验教学目标本册物理试验由十五个试验组成。涵盖了初中物理中物质、能量、力和运动主要内容。与八年级试验内容相比，综合探究程度更高，包括知识点更多、更广，对学生综合试验能力有了更高要求和更严格训练。本册中，部分试验汇报已经采取较完整试验探究流程来编写，希望在学生试验探究过程中能够帮助教师，及时给予思维启发和指导。第41页（1）基础知识本册试验现有力学基本试验仪器使用，也有综合试验探究。本册详细知识目标是：熟悉托盘天平、刻度尺、弹簧秤、停表、动滑轮、定滑轮等基本仪器主要结构和使用规则，明确动滑轮和定滑轮特点和区分；了解密度概念，了解重力和质量，认识重力与物体质量关系；了解摩擦力，明确与摩擦力相关原因；了解杠杆平衡条件，知道哪些工具能够改变力方向和大小；了解压强概念和压强公式，知道增大和减小压强方法；认识浮力，知道物体浮沉条件，知道阿基米德原理；了解机械功和机械效率概念；了解热量和比热容概念，知道与比热相关简单自然现象

第42页（2）技能与方法在试验技能和方法上，本册汇报采取由局部探究至综合探究逐步推进做法，凸显试验探究思想和方法。目标是使学生了解试验探究本质和意义，养成探究习惯，循序渐进地提升他们试验探究能力，为深入学习打下基础。教师对学生进行评价时，要注意考查学生各探究步骤能力发展，有针对性地设计教学。如：能够经过考查学生提出问题数量和质量，衡量学生提出问题能力水平；经过考查学生能否基于提出问题和猜测制订出完整计划，衡量学生对科学试验方法了解程度。在评价过程中找出学生存在不足并及时给予科学指导。第43页（3）情感态度与价值观在情感和价值观方面，本册试验包括初中物理众多经典试验。试验设计巧妙，现象显著，趣味性、参加性都较强，对于激发学生试验兴趣，培养实事求是、禁止细致等科学品质都有显著作用。在试验评价中，要注意引导学生重视自我科学品质发展，采取各种办法保护他们探究热情和试验兴趣，勉励学生提出问题、主动探究，主动与他人合作开展试验第44页九年级物理试验主要内容一托盘天平使用二探究同种物质质量与体积关系三测量固体和液体密度四用刻度尺测长度五练习使用停表测量平均速度六探究阻力对物体运动影响七弹簧测力计使用八探究物体重力与物体质量关系九探究滑动摩擦力大小与哪些原因相关十探究杠杆平衡条件十一探究定滑轮和动滑轮特点十二探究压力作用效果跟哪些原因相关十三探究浮力大小十四探究斜面机械效率十五关于物质吸热能力探究第45页高中物理试验目录高一物理学生试验目录试验一长度测量试验二验证力平行四边形定则试验三练习使用打点记时器试验四研究匀变速直线运动试验五研究平抛物体运动试验六验证机械能守恒定律试验七探究弹力和弹簧伸长关系第46页高一物理演示试验目录1—01用悬挂法求薄板重心

1—02显示微小形变

1—03研究共点力合成

2—01研究自由落体运动

3—01验证牛顿第一定律

3—02研究牛顿第二定律试验一

3—03研究牛顿第二定律试验二

3—04研究牛顿第三定律

4—01研究共点力平衡

5—01研究物体曲线运动条件

5—02研究运动合成和分解

5—03研究平抛运动

5—04研究向心力大小与哪些原因相关

7—01研究动能大小与哪些原因相关

7—02验证机械能守恒定律第47页高二物理学生试验目录

试验一验证动量守恒定律试验二导轨验证动量守恒定律试验三单摆测定重力加速度试验四用油膜法估测分子大小试验五用描迹法画出电场中平面上等势线试验六描绘小灯泡伏安特征曲线试验七测定金属电阻率试验八把电流表改装为电压表试验九研究闭合电路欧姆定律试验十测定电源电动势和内阻试验十一练习使用示波器试验十二用多用电表探索黑箱内电学元件试验十三传感器简单应用试验十四研究玩具电机能量转化第48页高二物理试验演示试验目录8—01摔不破鸡蛋

8—02探讨动量守恒定律

8—03动量守恒定律应用

9—01弹簧振子振动

9—02单摆振动图象

9—03研究单摆振动周期

9—04受迫振动

9—05研究摆共振

9—06音叉共鸣

10—01沿绳传输波

10—02波模拟

10—03波长相同水波经过宽度不一样笮缝波长不一样水波经过宽度相同笮缝

10—04波叠加

10—05波干涉

10—06弦线上驻波

10—07空气柱内驻波

11—01气体扩散

11—02观察布朗运动

11—03压缩空气做功，气体内能增加

11—04气体对外做功，内能降低第49页12—01研究晶体和非晶体不一样物理性质

12—02液体表面张力试验112—03液体表面张力试验212—04浸润液体在毛细管里上升不浸润液体在毛细管里下降

12—05