中学物理教学法：第九章 物理实验教学

1、第九章 物理实验教学,1、什么是物理实验？物理实验的特点是什么？在物理学的研究中运用实验的目的是什么？在物理教学中运用实验的目的是什么？ 2、物理教学为什么必须以实验为基础？ 3、物理教学中的实验可以分为哪几类？各类实验在教学中各有什么功能？ 4、演示实验的教学要求是什么？在演示实验教学中如何加强对学生的观察指导？ 5、学生分组实验的教学目的是什么？分组实验对培养学生的能力提出了哪些要求？分组实验的教学过程可分为哪几个阶段？每个阶段的教学要求是什么？,在学习本章时，注意思考下列问题：,1,一、什么是物理实验？物理实验的特点是什么？在物理学的研究中运用实验的目的是什么？在物理教学中运用实验的目的

2、是什么？,物理实验,是物理工作者在人为控制条件下，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。,物理实验的主要特点：,一是可控性；,二是可重复性,在物理学的研究中，运用实验的目的,在于形成、发展和检验物理理论，并使理论在实践中得到应用。,在物理教学中运用实验的目的,在于给学生学习物理创造一个基本环境，使学生在主动探究中获取物理知识，体验方法，发展能力，促进科学品质和世界观的形成。,2,二、物理教学为什么必须以实验为基础？,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。,1、实验是实施科学探究的主要途径。,2、实验能为学生学习物理提

3、供符合认识规律的环境。,实验可以提供精心选择的、简化和纯化的素材。例一、例二、例三,3、实验能培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知欲望。,实验具有真实、形象、生动的特点。,实验是一种有目的的操作行为,4、实验是培养学生能力和使学生得到科学方法训练的重要途径。,实验过程中，学生需要选择实验器材，构思实验方案，观察、测量和读数，需要对现象分析、对数据进行处理、需要对实验过程进行反思评估等。,实验是一种综合能力的培养过程。,5、实验有利于培养学生良好的道德素养和科学作风。,实验本身是一个严格的科学过程。,实验过程中也并不是一帆风顺。,实验中含有丰富的对学生科学情感态度价值观培养的素材,3,例1、大

4、气压人们感受不到，但简单的实验却使你相信它确实存在，而且在各个方向都有。（覆杯实验）,？,4,2、马德堡半球,5,3、静摩擦力的方向学生不好理解，如果作这 样的实验，就非常明显。如刷子。,静摩擦力的 方向?,6,物理实验具有： 真实、形象、生动的特点。对学生有吸引力，极易唤起他们的兴趣。使他们惊奇、不解！出乎他们意料之外。,如果将空气从瓶中抽 出，气球将怎样？,纸锅能烧水 吗？为什么？,水,7,三、物理教学中的实验可以分为哪几类？,物理教学中的实验可以分为以下几类：,1、演示实验,课型,演示讲授课,演示讨论课,演示练习课,演示探究课,2、学生分组实验,课型,探索性实验,验证性实验，举例,测定性

5、实验,基本仪器训练性实验,装配技术训练性实验,3、课内小实验,形式,边教边实验,边学边实验,4、课外实验,课型,科技制作,课题研究,社会问题调查,趣味实验,8,案例：验证机械能守恒定律,机械能守恒定律是力学中的一条重要规律。本节你将独立设计验证这个规律的实验方案，并按照你的实验方案进行实际操作、观察、测量、记录和处理实验数据。在实验时，你可能会遇到许多预料不到的问题。如你设计的实验方案理论上可行，但实验误差较大，或实验条件不具备，或安全有问题等，这时你需要修改你的实验方案。经过这样的过程，你所获得的不仅仅是验证了一条规律，而是像科学家那样经历了一次科学研究的过程，会体验到发现、创造和成功的乐趣

6、。,一、实验要求,1设计一种或几种能验证机械能守恒定律的实验方案。,2选择一种你认为可行的实验方案，进行实际操作。,3写出实验研究报告。实验研究报告的内容一般应包括实验日期、实验目的、实验器材和装置、实验原理和方法、实验过程和步骤、现象与数据、数据分析与处理、结论与问题讨论等。实验研究报告不要格式化，要根据实际情况,9,二、实验指导,1生活中，动能与势能相互转化的现象是非常多的，因此，验证机械能守恒定律的途径和方法不只一种。不管你采用什么途径和方法进行实验，都必须考虑你的实验条件。,2下面的器材可以选用，也可以不用。 气垫导轨、小气源、计数器、光电门、挡光片、滑块、刻度尺、打点计时器、纸带、铁

7、架台、钩码、夹子、细线、带孔小钢球。,3在设计实验方案时，你需要正确理解机械能守恒定律内容，特别注意机械能守恒定律成立的条件，在此基础上，综合运用你所学的知识，确定你的实验方法，形成一个初步的实验方案。最初的实验方案往往不很完善，当你和同学的方案进行的交流或动手去做的时候，可能会发现实验方案中的问题，然后再想方设法进行改进，最后形成一个可行的方案。,10,三、汇报与交流,1你是否验证了机械能守恒定律？你是怎样验证的？,2你在实验中进行了哪些观察和测量？有哪些因素影响了观察或测量的结果？你实际上做了哪些工作来保证观察或测量结果的准确性？,3你在实验中遇到了哪些困难？发现了哪些问题？又是如何克服和

8、解决的？,4如果让你再做一次同样的研究，你需要在哪些方面进行改进？,5通过完成这项研究，你有什么收获和体会？,11,四、演示实验在教学中有什么功能？,演示实验,是以教师为主要操作者的表演示范实验。,演示实验的目的,一是把要研究的物理现象展示在学生面前，引导学生观察思考,二是通过演示的引导和示范作用，为学生独立训练创造条件。,演示实验的作用,1、引入课题 ，激发兴趣,（生动、有趣、新奇、感到意外）举例,2、 提供感性素材，帮助学生形成概念和建立规律。举例,（日常生活中难以见到或与学生的经验相冲突的实验）,3、进行观察和思维训练，巩固和应用物理知识。举例,4、提供示范，为学生训练实验技能提供条件。

9、,示范表现在：,一是通过演示实验介绍将要使用的仪器、实验的方法和步骤。,二是通过教师的示范操作，培养学生良好的作风、习惯。,12,例1，讲浮力，不动量筒，如何将乒乓球取出。,例2 ，讲动量定理 ，鸡蛋往桌面上一磕就碎，从一米高自由下落到海绵块上，碎不碎呢？,海绵,13,力,14,物体的弹性与形变有关，橡皮、弹簧有弹性。 石头、玻璃是否有弹性呢？,黑箱，从外部测量，来判断里面的结构。（大电解电容，1000F，数千欧电阻，并联）,已知二个电子原件 ，判断：种类和连接方式。,R100欧姆表,由于演示实验中教师的可控制特点很突出，使教师能够有意识的选择和设计实验内容和程序，将需要的现象展示出来。使学生

10、进行观察、思考、巩固、应用物理知识。如图,15,五、学生分组实验有什么特点和作用？,学生分组实验,是学生在教师指导下利用整节课的时间，在实验室分组进行实验的教学形式。,作用与特点,一、分组实验是学生亲自动手使用仪器、观察测量、取得资料数据，并亲自分析总结的过程；,二、分组实验是学生学习物理知识、培养实验技能和良好品德素养的重要环节。,分组实验的最主要特征,是学生的独立实践活动。这种活动有系统的、统一的要求，并在实验室内完成。,16,六、课内小实验的特点和作用,特点：A、短小灵活（几分钟），容易穿插在 教学的某一环节中。 B、前后桌一组，全体同学一起做。 C、形成边学边实验的课型。 作用：A、克

11、服“满堂灌”的现象，学生有动手的机会， 有利于发挥学生的主动性。 B、小实验中穿插教师启发、学生间的讨论，有利 师生交流，充分发挥学生主体作用。 C、小实验机动、灵活、方便、可增加学生实验在教学中的比重，使学生有更多训练技能的机会。在以讲授为主和探究的提出问题环节的课型中，加入小实验可以得到非常好得效果。,17,三类实验比较,看来各有优势，关键是应用灵活,18,七、演示实验教学,演示实验在中学物理教学实验中： 1、占比重大、学生欢迎。 2、展示教学艺术，化枯燥为生动，化抽象 为具体。 3、形式灵活，功能多样。 4、适应于：导入课、巩固、复习、习题课等,19,（一）演示实验教学的基本要求,1、要

12、有明确的目的 不同的环节、不同的目的、不同要求、内容不同，不能追求形式。有无必要演示，选择什么样的演示，怎样演示都必须首先从具体的目的出发。 演示什么，让学生看什么，怎样演示，都要讲清楚，有明确的针对性。 例1：平抛运动的演示 例2：液体压强的演示 A、液体对容器底部有压强 B、液体对容器侧壁有压强 用“易拉罐、乳白胶手套”做。,对演示效果的评价不能离开演示的具体功能。,20,易拉罐,乳白胶手套,2、要明显、直观 （要让大家不费力都能 看 清楚） A、演示现象要明显 压力小桌实验,使实验效果明显的一般方法： 仪器尺寸加大、加强背景提 高反差、光杠杆、投影、电路 放大、显微放大、注意仪器 高度等

13、,21,B、仪器简单，过程明了 气体热膨胀 凸凹桥的受力物体,怎样让学生 相信这一结论？,NG,NG,22,在凹处小球静止时， 勾不脱落，球不落；,当小球以V 的速度，经 过凹处时， 脱勾，球落。 说明GN。,在凸处，小球静止时能压开轨道下落。 当小球以V通过，凸处时压不开轨道，说明NG,23,C、视、听器官并用 经研究得知： 单听觉接受率，15% 单视觉，从图象接受率，25% 视、听结合时，接受率，65% 看来声像并茂效果好。 例如：平抛运动的两个分运动的等时性 但从人的视觉看，不是很清楚， 如果利用听觉，效果是十分明显。,24,3、要安全、可靠A、做好充分准备（保证每一件仪器正常使用）B、

14、确保安全（220V、380V市电、热水、煤气）C、正确对待失误，切勿弄虚作假。,25,一要演示的实验现象出乎学生的意外之中；,二要通过演示要引出问题。,26,例1：共振,4、要有启发性,（二）演示实验教学中的观察指导,演示实验目的在于辅助教学，创造一个合适的物理情景，有利于学生学习，培养观察能力。 关键要加强对学生的观察指导。 观察指导有两层含义： 1、吸引学生注意观察 2、教给观察方法。告诉学生往哪看，看什么。 正确的观察指导应做到下列四点,29,1、明确观察目的，做好观察的思想准备,演示实验是给学生全体看的。因此，要先介绍仪器，说明用途，目的，让全体学生有思想准备。 常见的毛病是教师在实验

15、中草率，毛手毛脚的，不顾学生。实验做完了，学生还不知是为什么要做这个实验，怎么做这个实验，观察什么现象。,30,例如演示液体内部压强与深度关系的规律应先向学生明确要观察思考的四个问题： 其一是液体内部压强与深度的关系； 其二是液体内部在各个方向上是否都有压强，（特别是向上的压强）及它们之间的关系； 其三是让学生明确U型管压强计的构造 及功能； 其四是在实验时，先让学生体会U型管 两侧液面的高差越大，表示压强越大（用手 压橡皮膜）。（拿实物对照来讲）,31,例如：“自感” 通常教材介绍自感现象是按下列电路来说明,2、突出观察重点，排除无关因素的干扰,32,实际效果是延时的现象学生没有注意，灯泡突

16、然一闪很亮的现象确十分明显。 使学生将信将疑。,意思是当K断开时，R并不立刻熄灭，有一延迟现象，表示线圈L中有感生电动势。,（原因是L/R太小，延时常数太小，）,如果组成下面电路：,方法一： 分析K接通时，磁通不变。 K断开时，磁通减少，有了变化。 有感生电动势产生。,33,效果是什么？,如果注意拉开的瞬间。让K处暗一点，能看到电弧，是感生电动势击穿空气所至，证明自感存在。,方法三： K通时，R亮了，V（内阻很大的电压表）有小偏转； K断时，R息了，V有很大的偏转。 这一现象，不是E所至，是自感所至。由示波器替代V也可以,34,方法二，K通时，R亮了，氖泡不亮； K断时，R息了，氖泡起辉。 E

17、不能使氖泡起辉，是L上的自感所至。,3、从整体到局部，在从局部到 整体，培养观察思路。 观察的全面性是客观反映事物的属性的前提，是培养学生正确的观察思路。 见圆锥上滚等实验。,35,4、纵、横对比，把握事物特征 观察的深刻性在于，透过表面现象抓住事物 的本质，利用对比观察是思维向纵深发展的 很好地方法。例如：光电效应,小,大,不变,36,用起电机给A带负电，B带正电，C带负电，这时各个静电计的指针均张开。 光照A时，指针闭合。用紫光照B时，指针不闭合。 紫光照射A时锌板有电子跃离锌板，使得锌板上的负电荷减少，而闭合。 紫光照射B时，锌板有电子跃离锌板，留下正电荷，此 时，指针不但不闭合，反而开

18、得更大。 这就说明光电效应的实质。,37,用白光照射C，虽然时间很长，指 针仍不闭合，也不变大，与A比较，说 明光电效应与入射光的频率有关。 纵横对比是按演示前后顺序展开的， 作用是比较前后过程的特征,38,总之，演示实验一定要注意，使学生的观察与思维活动紧密结合。,39,八、学生分组实验教学,（一）学生分组实验技能训练的教学目的 1、逐步学会自学实验讲义（教材） 通过自学和辅导使学生理解实验内容： 目的、原理、方法、步骤。 2、逐步养成正确认识基本量具、仪表的习惯。 知道量具的名称、外型、铭牌、 构造， 在教师的辅导下阅读说明书。了解仪器性能、 使用条件、量度范围、精 度。,3.逐步养成良好

19、的操作规范，进行正确的实验操作。 实验操作一定要按步骤进行,40,（1）装配仪器：例如，装配天平,先将横梁放在止动架上，才能安放挂勾、挂架和托盘。 （2）仪器的预备性调整 例如：仪器底座调整水平。,变阻器滑动的初始位置，旋钮。仪表的零点。电子仪器的预热。光学仪器的共轴。 调整的最后一步是检查 装配是否正确， 是否处于规定的初始状态。,41,（3）启动工作与观察记录 启动步骤，记录有效数字位数。 （4）实验结束工作 按规定顺序拆除，整理仪器。检查仪器材料是否损失，整理桌面，板凳归位，一切设备复原。登记。,42,4、逐步掌握实验操作的规范动作 （操作切忌随意性！）,例1物理天平的操作,A、在调整时

20、，一般用手握住止动旋纽，不论调节底座、横梁、放卸待测物和砝码、拨动游码。都必须在止动期内进行。,B、需要观察天平是否平衡时，在轻轻地顺时针旋止动旋纽。 C、当横梁处于上升状态时，左手不可脱离止动旋钮。,43,例2 如图 用右手取砝码，镊子口的凹边应当朝上。待测物体与砝码都应放在托盘的中央。,例3 如图 拿烧杯倒液体,44,例4 未被固定物体时，左手拿物体（被测物，右手无名指与小指握弓型架，右手母指与食指操作旋轮。,如图，固定物体时，左手握弓型架身，右手旋转螺旋套管。当螺杆开始接触被测物体时应旋棘轮，使螺杆前行，压住被测物体，待听到“咔咔”声时，再行读数。,45,例5 如图用手调节滑线变阻器的滑

21、臂时，应以另一手扶住陶瓷支架的上方。,例6 如图 用手那拿透镜时，切不可触及透镜表面。,46,5.学会正确测量读数 检查零点是否正确“调零” 观察视线与表面垂直 读数要读到最小分度的下一位，范围是最小 分度的1/101/2。 例如：毫米刻度尺 读出15mm和15.25m 对不对？ 不论哪种量具，都应先看量程、看表的级别、再看最小分度、看零点、最后读数、记录。,47,6.学会正确处理数据 处理数据的常用方法有二种，计算法和 图示法。 （1）计算法多用平均值法来减小误差。 （2）图示法的优点有二条 简明、直观、便于比较，特别是探究物理规律很有用（根据曲线，拟合公式） 利用实验中的有限个数据作出图线

22、后，从中能找到那些无法从实验里来得到的数据。,51,图示法要求有 直角坐标系 二量均是直接测量的量 坐标原点不一定是零点 坐标分格要能恰当的反映出有效数字，坐标 标度应划分得当，以不用计算就能直接读出 图线上每一点的坐标为宜，通常用1、2、5而不 用3、7、9来标度，最小格与可靠数的最后一位 对应，估读数在最小格内读取。,38.6,52,图线应占满图纸的大部分,都小,53,描点和连线 用削尖的铅笔点点， 为明显起见，用+表示， 曲线要光滑，特殊点（偏离离其他点太远的点）弃之。 曲线不一定经过全部测定点 是正常现象。 一般是靠近大多数的测定点，并使测定点均匀分布在曲线的两侧。,+,54,55,7

23、.学会写实验报告 实验报告一般包括： 实验目的、装置与器材、实验原理与步骤、数据记录与计算、结论与讨论等部分，逐步地要求学生学习自行设计实验报告。 在设计报告时 应让学生学习用比较简洁的文字，直观的图示来表达报告的内容。 数据表格的设计应做到： 说明实验条件； 要有原始记录； 栏目中应注明物理量的符号和单位； 力求简明，便于总结物理规律。,56,（三）分组实验对培养学生的能力提出了哪些要求？,操作能力,1、基本仪器的使用和读数,2、仪器、设备的组装或连接,3、故障的排除,数据处理能力,1、数据的记录表格法,2、图象法,实验设计能力,1、实验目的、实验原理和方法的确定,2、仪器的选择和实验装置的组装,3、实验步骤的设计等,61