中学物理实验设计与研究..复习过程.ppt

1、中学物理实验设计与研究,第一章 物理实验与物理学发展第一节、物理实验在物理学发展中的地位,一、物理实验与古代物理学发展 古代物理实验的特点是： 零星不系统； 定量实验较少、定性实验较多； 大多数实验仅限于现象的描述或一般的解释，没有进行归纳而形成系统的理论；没有用实验来检验已有的理论。,二、物理实验与经典物理学的发展 物理实验的特点： 把实验与数学结合起来，既注意逻辑推理，又依靠实验检验，构成了一套完整的科学研究方法。其程序大致为： 有意识地在实验中抛开一些次要因素，创造理想化的物理条件。既要力求使实验条件尽可能符合数学要求，又要设法改变实验测量的条件，使之易于测量。 用实验去验证理论。 把实

2、验与理论联系起来。,三、物理实验与现代物理学的发展 现代物理实验的特点： 实验与物理理论的结合越来越紧密，成为不可分割和相互依赖的结合体。物理实验更加需要理论（包括实验理论）的指导，在理论的预测和条件范围内进行，而不是盲目地瞎碰。 实验需要更先进的技术和仪器设备。 物理实验方法与其他学科的结合和向其他学科渗透，使得新的实验方法和技术更快地在应用领域得到推广使用。 当代前沿的物理实验越来越成为大规模的、集体的、综合的工程。 建立和利用空间实验室，充分利用太空高真空、无污染、失重等许多天然有利条件。,第二节 物理实验的作用 2.1物理实验在物理学发展中的作用 一、发现新事物和探索新规律。 二、验证

3、理论。 三、测定常数。 四、推广应用。,2.2物理实验教学在人才培养中的作用,1.实验是培养创造性人才的必经之路 2.实验教学能创设学习物理的情景，激发学生学习物理的兴趣与求知欲望 3.实验教学是发展学生探究能力的重要途径,第二章 物理实验与物理教学 科学实验与教学实验的比较,第一节 物理实验在教学中的地位 一、实验是物理教学的重要基础 二、实验是物理教学的重要内容 1、物理实验本身就是物理学的不可分割的重要内容。 2、实验教学是物理教学的重要组成部分。 3、实验是培养学生实验能力（特别是操作能力）的保证。 三、实验是物理教学的重要方法。 1、实验是物理学研究的重要方法。 2、实验是教师教物理

4、、学生学物理的重要方法。 四、实验是物理教学的重要手段。,第二节 物理实验在物理教学中的作用 一、培养学生的兴趣和激发学生的求知欲。 1、实验具有真实、直观、形象和生动的特点，易于激发学生的学习兴趣。 2、实验是一种有目的性的操作行为。 二、创设学生有效掌握知识的学习环境。 与生活事例相比，实验有下面一些特点： 1、实验具有典型性 2、实验具有重复性 3、实验具有趣味性 4、实验具有定性和定量研究的全面性 三、训练学生的科学方法。 1、实验归纳法。 2、实验验证法。 3、真实实验与理想实验相结合的方法。 4、追溯机遇的方法。 四、培养学生的各种能力。 五、培养学生良好的科学素质。,第三章 物理

5、实验的设计与研究,3.1 物理实验仪器的基本知识 1.分类：我国教学仪器分为9大类，每类又分为若干小类 如教学仪器的型号：JY1201 2.仪器上的常用符号：检流计：G；电流表：A；电压表：V。 3.常用仪器上的标记：游标卡尺：0.02mm，0150mm分别指的是精密度和量程；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。,3.2 物理实验基本测量方法,（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）,（2） 放大法

6、 累计放大：测均匀细丝的直径、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。,（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。,（4） 模拟法,以相应理论为基础，不直接研究自然现象或过程的本身，而用类似这些现象或过程的模型来研究。 物理模拟小模型，保持同一物理本质。如水坝、飞机的设计 数学模拟两个不同的现象或过程可以用同一个数学形式来描述，但物理本质不同。如：稳恒电流的电场模拟静电场。 人工智能模拟计算机模拟，预测可能出现的现象和结

7、果。,（5） 补偿法：提供一种可调的标准量来抵消被测量所呈现的作用，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,3.3 运用误差理论改进实验效果的方法,（1）减少系统误差 原因：理论方法的误差（单摆周期公式、散热、接线接触电阻、伏安法中的内接与外接）；仪器误差；个人误差；环境误差。 发现与消除：理论公式的完善、仪器的校准、实验条件的满足。找修正值，参数替代。,（2）减少偶然误差 原因： 主观方面：实验者个人感官、操作协调因素。 客观方面：实验条件、环境的变化（电、风） 减少和消除：增加测量次数（410次）（正态分布）,（3）注意问题： 测量的精度

8、、准确度、精确度概念 测量的不确定度 被测量 有效数字及其测量结果的表示 d=(4.997 0.007)(mm),xx,3.4 物理实验数据处理的方法,（1）列表法简单而明确地表示物理量之间的关系，便于检查测量是否合理，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的关系。 作用与优点： 简明直观（可以多条曲线比较，比列表法形象） 图上可以求出物理量（光电效应：eVshf-hf0, 单摆：T2l) 校准仪器的响应曲线 线性拟合,（3）逐差法对等间距测量的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)最小二乘法从实验数据求经验方程（函数关系）

9、 由一组实验数据找出一条最佳的拟合直线（曲线），获得变量之间的函数关系，称为回归方程。,3.5 实验原理的科学性和可行性 一、原理的正确性 1、不能弄虚做假，制造假象，欺骗学生。但可采取一定的必要的技术手段。 2、原理无错误，但允许有误差。 二、原理的确切性 原理与教学中需要说明的问题要一致。 三、原理的可行性 1、设计的实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、实验条件等限制，而无法实施。 2、有些实验虽然在科学性上并没有错误，但其主要的实验原理学生不易理解，或还未学到。 3、原理无误，学生也易理解，但运用教学中，把他们放在一起就会出现逻辑错误。,3.6 实验条件的选择和实

10、验操作 实验条件的选择 一、根据实验原理选择实验条件。 二、根据仪器技术指标（参数）选择实验条件。 三、根据误差理论选择实验条件。 四、根据理论图线选择实验条件。 实验操作 一、操作依据。 二、操作的具体要求。,第四章 新课标下，中学物理实验研究,4.1 新课标对科学探究及物理实验能力的基本要求,科学探究要素 对科学探究及物理实验能力的基本要求 提出问题 能发现与物理学有关的问题 从物理学的角度较明确地表述这些问题 认识发现问题和提出问题的意义,猜想与假设,对解决问题的方式和问题的答案提出假设 对物理实验结果进行预测 认识猜想与假设的重要性,制定计划与设计实验,知道实验目的和已有条件，制定实验

11、方案 尝试选择实验方法及所需要的装置与器材 考虑实验的变量及其控制方法 认识制定计划的作用,进行实验与 收集证据,用多种方式收集数据 按说明书进行实验操作，会使用基本的实验仪器 如实记录实验数据，知道重复收集实验数据的意义 具有安全操作的意识 认识科学收集实验数据的重要性,科学探究要素,对科学探究及物理实验能力的基本要求,分析与论证,对实验数据进行分析处理 尝试根据实验现象和数据得出结论 对实验结果进行解释和描述 认识在实验中进行分析论证是很重要的,评估,尝试分析假设与实验结果间的差异 注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题 吸取经验教训，改进探究方案 认识评估的意义,交流与合作,能写出实验

12、探究报告 在合作中注意既坚持原则又尊重他人 有合作精神 认识交流与合作的重要性,4.2 新课标物理实验教学的基本形式,1.演示实验 2.学生分组实验 3.边教边实验 4.课外实验与制作,4.3 新课标中学物理实验框架的建构,有四个板块： 1.基本仪器使用训练性实验（可融合在验证性实验、探究性实验中） 在物理实验中都要运用一定的仪器，有必要对学生进行基本仪器的使用组装训练，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、示波器等的使用。如：“示波器的使用”实验可以让学生认识电子束在电场中偏转的原理，知道示波器面板上主要控制器件的名称和作用，学习和初步

13、掌握示波器的使用方法。,2.测定性实验（可融合在验证性实验、探究性实验中） 这类实验主要是让学生应用所学的物理知识，运用一定的仪器来，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，用油膜法测定分子的大小等。它可以帮助学生理解物理概念和物理量的意义，学会运用物理规律，训练基本的实验技能，学习间接测量的巧妙方法。,3.验证性实验 这类实验的主要目的是让学生通过实验，验证由已知物理理论推导出的新结论的准确性，从而加深对物理知识的理解，培养学生的推理和分析能力，并训练实验技能。验证性实验是传统学生实验中的主要类型，在新课程的实施中任然占有重要的地位，如验证力的平行四边形法

14、则、验证机械能守恒等。,4.探究性实验 这类实验的主要目的是让学生经历“提出问题提出猜想和假设设计实验实施实验分析评估交流”的探究过程，运用归纳概括的思维方法来建立物理概念和认识物理规律，同时训练一定的实验探究技能。它具有让学生亲自“发现”的意义,使他们经历了类似科学家探究物理世界的过程，不仅学习到了新知识，加深了对物理规律的理解和信任，同时也体验到了科学探究的喜悦，领悟到一定的科学思想和精神。通过探究实验不仅能够很好地锻炼学生的动手能力，而且还能进一步培养学生归纳、概括、交流的能力以及团队合作精神。,验证性实验和探究性实验都是科学研究中的基本实验类型，前者是从一般到个别，推理判断在前，实验验

15、证在后；后者则是从个别到一般，实验在前，结论在后，是探索物理规律的主要手段。在中学物理教学中，两类实验都有重要的作用，不可偏废。,4.4 新课标中学物理教材分析（实验）,1.八年级上学期物理实验的教学目标 以引导物理初学者理解物理实验的特点、方法和作用为目的。带领学生熟悉基本实验仪器，体验探究过程，重点培养学生良好的物理实验习惯，由浅入深提高其实验探究能力。 （1）知识与技能：内容涉及声和光现象、透镜、物质形态和变化及电路和电流的基本知识。 通过本册实验的开展，在知识层面上，学生们首先需要明确初中阶段声、光、电、物质形态各个领域的主要研究对象。在实验过程中丰富感性认识，深刻理解相应的物理规律和

16、实验思想。,初步认识声音的产生和传播条件，了解乐音的特性，知道防治噪声的途径； 了解光的反射规律，明确平面镜成像时像与物的关系，理解凸透镜成像的规律； 能区分并描述固、液、气三种物态的基本特征，了解温度计的工作原理和使用方法，了解物态变化时物体的温度变化； 明确串联电路、并联电路的特点和区别，了解串并联电路在实际生活中的应用。,（2）过程和方法,除乐音的特征、温度计的使用、连接串并联电路几个实验外，均应采用完整的实验探究步骤来组织。但总体看来，探究各步骤的要求并不高。每一步均给出较多的引导和提示。这样做是基于引导学生体验完整探究过程，初步培养实验探究习惯和能力的目的。 重点在于学生操作技能的培

17、养，特别强调实验操作规范性的养成，如：强调温度计测量和读数的规范性，强调及时记录数据等。,（3）情感态度与价值观,以观察类为主，穿插了温度计、电流表、电压表等基本仪器的使用介绍。要使学生明确实验在物理学中的重要地位和意义，体验物理探究的过程和乐趣。引导学生养成严谨的实验态度，能认真观察实验和生活中的物理现象，并有运用所学知识解释生活中常见现象的意识。 探究作为一种科学的思想方法和精神，是不可忽视的教学内容。关注学生的实验态度和技能的养成，但受学生知识结构的局限，此时探究精神的培养更多是在实验过程中以师生互动的形式渗透展开，暂时还无法以学生独立完成大部分乃至整个探究过程的方式出现。探究是科学研究

18、的根本思想，应贯穿于教学始终，只是不同阶段它的表现形式有所不同。因此，探究的开展主要采用教师引导、师生互动的形式；而相应的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、细致地观察学生的课堂表现，并能及时启发、引导，给予反馈。,.八年级上学期物理实验的主要内容,一 声音的产生 乐音的特征 二 探究光的反射规律 三 探究平面镜成像的规律 四 探究凸透镜成像的规律 五 温度计的使用用温度计测水温 六 固体熔化时温度随加热时间的变化规律 七 探究水的沸腾 八 连接简单的串联电路和并联电路 九 探究串联电路中各点的电流关系 十 探究并联电路中干路电流与各支路电流的关系,八年级下册物理实验的

19、教学目标,八年级下册物理实验由七个电磁学实验组成。进一步引导学生理解物理实验的特点、方法和作用，带领学生熟悉基本实验仪器，更深入地体验探究过程，培养学生良好的物理实验习惯，提高其实验探究能力。 （1）基础知识 本册实验囊括了初中电学和磁学的主要内容，涉及到欧姆定律，电功率，电与磁的相互关系，电磁铁在生活中的运用几部分。 本册具体的知识目标是： 理解欧姆定律，明确串联电路中电压的规律； 理解电功率、额定功率、实际功率的定义，理解电功率和电流、电压之间的关系； 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的条件； 认识电磁相互作用，了解电磁铁的应用及其对人类生活和社会发

20、展的影响。,（2）技能与方法,本册实验均是电磁学的基本实验，对电与磁相关仪器的使用、用电器、电路的连接等实验技能都提出了相应要求。 通过本册实验的开展，学生需要达到以下基本实验技能： 熟练、规范地使用电压表和电流表，能根据需要选择合适的电表和适当的量程，正确读数； 根据实验需要画出正确的电路图，并能按照电路图快速、准确地连接电路进行实验； 会快速判断滑动变阻器的有效使用范围，能根据需要利用滑动变阻器改变电路的电流值； 知道利用小磁针显示磁场的方向，会规范使用灵敏电流计； 此外，随着实验的深入，我们希望有效引导学生科学探究能力的发展，尤其是针对问题进行猜想，制定计划，分析数据得出结论等几方面能力

21、。,（3）情感态度与价值观,电磁学的发展是理论与实验相互推进，共同作用的结果。在本册实验的教学过程中，教师一方面要使学生明确实验在电磁学发展中的重要意义；另一方面，建议教师积极利用实验、现象、生活实际和物理学史等内容丰富教学，培养学生联系现象、生活实际和史实来学习物理的良好习惯，激发他们的学习热情，保护他们勤于实践的良好意识。,八年级下学期物理实验的主要内容,一 探究串联电路中的电压规律 二 用滑动变阻器改变灯泡的亮度 三 探究电阻上的电流强度与哪些因素有关 四 测定小灯泡的电功率 五 探究通电螺线管周围的磁场 六 探究电磁铁 七 探究电磁感应现象,九年级物理实验的教学目标,本册物理实验由十五

22、个实验组成。涵盖了初中物理中物质、能量、力和运动的主要内容。与八年级实验的内容相比，综合探究程度更高，涉及的知识点更多、更广，对学生的综合实验能力有了更高的要求和更严格的训练。本册中，部分实验报告已经采用较完整的实验探究流程来编写，希望在学生实验探究过程中能够协助教师，及时给予思维的启发和指导。,（1）基础知识,本册实验既有力学基本实验仪器的使用，也有综合实验的探究。 本册具体的知识目标是： 熟悉托盘天平、刻度尺、弹簧秤、停表、动滑轮、定滑轮等基本仪器的主要结构和使用规则，明确动滑轮和定滑轮的特点和区别； 理解密度的概念，了解重力和质量，认识重力与物体质量的关系； 了解摩擦力，明确与摩擦力相关

23、的因素； 理解杠杆平衡条件，知道哪些工具可以改变力的方向和大小； 理解压强的概念和压强的公式，知道增大和减小压强的方法； 认识浮力，知道物体浮沉的条件，知道阿基米德原理； 理解机械功和机械效率的概念； 了解热量和比热容的概念，知道与比热相关的简单自然现象,（2）技能与方法,在实验技能和方法上，本册报告采取由局部探究至综合探究逐步推进的做法，凸显实验探究的思想和方法。目的是使学生理解实验探究的本质和意义，养成探究习惯，循序渐进地提高他们的实验探究能力，为进一步的学习打下基础。教师对学生进行评价时，要注意考察学生各探究环节能力的发展，有针对性地设计教学。如：可以通过考察学生提出问题的数量和质量，衡

24、量学生提出问题的能力水平；通过考察学生能否基于提出的问题和猜想制定出完整计划，衡量学生对科学实验方法的理解程度。在评价过程中找出学生存在的不足并及时给予科学指导。,（3）情感态度与价值观,在情感和价值观方面，本册实验涉及初中物理的众多典型实验。实验设计巧妙，现象明显，趣味性、参与性都较强，对于激发学生实验兴趣，培养实事求是、严禁细致等科学品质都有明显作用。在实验评价中，要注意引导学生重视自我科学品质的发展，采取多种措施保护他们的探究热情和实验兴趣，鼓励学生提出问题、主动探究，积极与他人合作开展实验,九年级物理实验的主要内容,一 托盘天平的使用 二 探究同种物质质量与体积的关系 三 测量固体和液

25、体的密度 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的影响 七 弹簧测力计的使用 八 探究物体的重力与物体质量的关系 九 探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关 十 探究杠杆的平衡条件 十一 探究定滑轮和动滑轮的特点 十二 探究压力的作用效果跟哪些因素有关 十三 探究浮力的大小 十四 探究斜面的机械效率 十五 关于物质吸热能力的探究,高中物理实验目录,高一物理学生实验目录 实验一 长度的测量 实验二 验证力的平行四边形定则 实验三 练习使用打点记时器 实验四 研究匀变速直线运动 实验五 研究平抛物体的运动 实验六 验证机械能守恒定律 实验七 探究弹力和弹簧伸长的关系

26、,高一物理演示实验目录,101 用悬挂法求薄板的重心 102 显示微小形变 103 研究共点力的合成 201 研究自由落体运动 301 验证牛顿第一定律 302 研究牛顿第二定律实验一 303 研究牛顿第二定律实验二 304 研究牛顿第三定律 401 研究共点力平衡 501 研究物体的曲线运动的条件 502 研究运动的合成和分解 503 研究平抛运动 504 研究向心力大小与哪些因素有关 701 研究动能大小与哪些因素有关 702 验证机械能守恒定律,高二物理学生实验目录,实验一 验证动量守恒定律 实验二 导轨验证动量守恒定律 实验三 单摆测定重力加速度 实验四 用油膜法估测分子的大小 实验五

27、 用描迹法画出电场中平面上的等势线 实验六 描绘小灯泡的伏安特性曲线 实验七 测定金属的电阻率 实验八 把电流表改装为电压表 实验九 研究闭合电路欧姆定律 实验十 测定电源电动势和内阻 实验十一练习使用示波器 实验十二用多用电表探索黑箱内的电学元件 实验十三传感器的简单应用 实验十四研究玩具电机的能量转化,高二物理实验演示实验目录,801 摔不破的鸡蛋 802 探讨动量守恒定律 803 动量守恒定律的应用 901 弹簧振子的振动 902 单摆的振动图象 903 研究单摆的振动周期 904 受迫振动 905 研究摆的共振 906 音叉的共鸣 1001 沿绳传播的波 1002 波的模拟 1003 波长相同的水波通过宽度不同的笮缝 波长不同的水波通过宽度相同的笮缝 1004 波的叠加 1005 波的干涉 1006 弦线上的驻波 1007 空气柱内的驻波 1101 气体的扩散 1102 观察布朗运动