浅淡中学物理实验教学中的一些感想.doc

浅淡中学物理实验教学中的一些感想
单位：江苏省镇江市第二中学（212004）
作者姓名：仇园园 第二作者：步国平 第三作者：高文娟
【摘要】
物理是一门以观察和实验为基础的科学。实验不仅是一种验证性或操作性实践活动，更是一种探究性的实践活动。学生经历实验科学探究过程，不仅获得知识、技能，更重要的是掌握科学方法，体验科学家科学研究的一般过程，提高科学探究能力和实验数据的处理能力，学习科学方法和科学态度。
【关键词】
实验、数据处理、实验设计
【正文】
中学阶段的物理实验一般考查学生两方面的能力。一方面是实验的设计，即告诉你需研究的问题，要求你设计实验，以达到预想的实验目的。另一方面是实验的分析，告诉你实验的设备和过程或数据，要求你对实验进行分析，能否最终达到预想的实验目标。以下为两类问题的举例：
甲
▲甲
▲甲
▲甲
例1：某实验小组要描绘一个标有“3.8V，1W”的小灯珠RL的R～U曲线，所供选择的器材除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择：
A．电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）
B．直流电源E（电动势4.5V，内阻不计）
C．电流表A1（量程150mA，内阻约为2Ω）
D．电流表A2（量程300mA，内阻约为1Ω）
E．滑动变阻器R1（阻值0 ~ 10Ω）
F．滑动变阻器R2（阻值0 ~ 200Ω）
⑴实验中为较准确测量、方便调节，电流表应选用 ▲ ，滑动变阻器应选用 ▲ （填写仪器符号）；
⑵要求实验中小灯珠电压从零逐渐增大到额定电压，测量误差尽可能小。请你为该实验小组设计电路图，画在答题纸方框中；[来源:学_科_网]
⑶据实验数据，计算并描绘出了R-U的图象，如乙图所示。由图象可知，当所加电压为3.00V时，灯珠实际消耗的电功率为 ▲ W 。假设灯丝电阻R与其温度t的关系是R=k(t+273)(k为比例系数)，室温为27℃ ，可知该灯珠正常发光时，灯丝的温度约为 ▲ ℃；
⑷小灯珠的电功率P随电压U变化的图象及其伏安特性曲线可能分别是图丙中的 ▲ 。
A．①和③ B．①和④ C．②和③ D．②和④

①
②
P
U
③
④
I
U
0
丙
0
1
U/V
2
4
3
2
4
6
8
R/Ω
10
14
12
0
乙

例2：如图为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体受力的关系” 实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距L= 48.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率。
速度传感器
速度传感器
拉力传感器
B
A
C

⑴实验主要步骤如下：
①将拉力传感器固定在小车上；
②平衡摩擦力，让小车做 ▲ 运动；
③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；
④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB；
⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作。
⑵下表中记录了实验测得的几组数据，是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a = ▲ ，请将表中第3次的实验数据填写完整（结果保留三位有效数字）；
次数
F（N）
（m2/s2）
a（m/s2）
1
0.60
0.77
0.80
2
1.04[
1.61
1.68
3
1.42
2.34

▲
4
2.62
4.65
4.84
5
3.00
5.49
5.72
F/N
a/m·s-2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
理论
6.0

⑶由表中数据，在坐标纸上作出a～F关系图线；
⑷对比实验结果与理论计算得到的关系图线(图中已画出理论图线) ，造成上述偏差的原因是 ▲ 。

一、注意培养学生分析问题明确研究对象和目的的能力。
物理实验都具有明确的目的性，是观察一个现象，总结一个规律，还是验证一个结论。不同的实验所要解决的问题不同。面对实验首先要对实验的目的进行分析，明确研究的问题，找出问题中的相关信息并确定所需研究的具体相关物理量。为设计或分析实验打好基础。如在例1中实验目的描绘一个标有“3.8V，1W”的小灯珠的R～U曲线，分析这一问题，确定需研究的是小灯珠的电阻和小灯珠两端的电压，在实验的设计中需实现电阻和电压这两个物理量的测量。在例2中实验目的是研究加速度与物体受力的关系。分析这个目的，明显是探究加速度和力、质量的关系实验中，利用控制变量法研究三者关系中的一个环节。在实验中要求保持物体的质量不变，研究加速度和物体受到的力的关系，须测量加速度和力这两个物理量。
二、熟悉各常用实验器材的功能和使用特点，对新的器材通过相关资料进行学习和掌握。
高中物理中有很多常用的实验器材，如力学类实验器材，电学类实验器材等等。学生须对这些实验器材进行了解，熟悉它们的功能和使用特点。同一个物理量可以采用不同的实验器材测量。如力，可以用弹簧秤，也可以用力传感器来测量。学生要对这些实验器材和使用方法熟悉并能熟练使用。如在例1中电压通过电压表测量。在例2的DIS实验中力通过拉力传感器测量。近几年特别是DIS实验的引入，一些物理量通过传感器可以直接得到，虽然省去了学生处理实验数据的时间，但同时也淡化了学生对一些实验过程的理解和应用。学生也需对DIS的部分实验原理了解。如学生要了解速度传感器使用，实际上速度传感器是通过光电门来测速度的，利用挡板的宽度除以挡住光电门的时间得到速度。在另一些问题中还会给学生一些陌生的实验装置，学生要通过对实验装置的说明及相关资料了解实验装置的作用及相关的使用方法。
三、灵活操作，结合实际选择实验器材设计实验。
实验中相关的物理量不但可以使用不同的实验器材直接测量，还可以通过不同的方法间接得到，如电阻，可以直接用万用表直接测量，也可以用电流表、电压表，根据欧姆定律，然后利用电压和电流的比值来计算电阻。在实验中需根据现有的器材合理的设计实验，完成实验装置的组装。这就要求学生首先要熟悉各常用实验器材的功能和使用特点，还要了解各物理量的测量方法。如例1中的电阻根据实验要求和所提供的器材并不是通过万用表测量的，也不可以通过万用表测量。实验是通过测量电压和电流，计算电压和电流的比值来计算电阻的。还有些实验中没有电压表，则需通过电流计的改装来得到电压表或是其它方法来测量。在例2 的DIS实验中力是通过力传感器直接测量的，加速度是通过公式计算得到的。在传统的实验中力近似等于悬挂物的重力，而加速度是利用打电计时器打出纸带，通过处理纸带数据来得到的。在同一个实验中，同样的实验器材也需根据实际或问题中的条件进行选择，如例1中电流表有两种：电流表A1量程150mA，电流表A2量程300mA。选择哪种进行实验呢。根据问题小灯珠标有“3.8V，1W”，可估算出其额定电流为0.263A，采用A2合适。在确定滑动变阻器采用分压法连接后，根据方便调节选择R1
四、结合器材功能和欲测物理量的特点进行选择和设计
物理实验免不了存在着一些误差，有些是环境条件造成的，有些是在测量过程中由于测量设备本身的特点造成的，虽然不可避免，但还需尽量减小误差，以增加实验的准确性。有些实验虽然实验器材简单但是不同的使用方法造成的不同误差，学生需对这些特点了解，并采用适当的方法以减小误差。如例1中用电压表、电流表测量电压和电流，然后通过电压和电流的比值来计算电阻。这种测量有电流表的内接法和外接法两种方法。确定了采用电压表V（量程5V，内阻约为5kΩ）和电流表A2（量程300mA，内阻约为1Ω）后用哪种接法呢？学生须了解电流表的内接法和外接法的特点。当待测电阻R远大于电流表的内阻时，一般选用电流表内接法。当待测电阻R远小于电压表的内阻时，一般选用电流表外接法。根据问题中小灯珠标有“3.8V，1W”，可估算出其电阻约为14Ω，远小于电压表内阻，采用电流表内接法合适。在例2中滑动变阻器的接法有两种，一种是限流接法，一种是分压接法。同样须根据问题中的要求“实验中小灯珠电压从零逐渐增大到额定电压”选择能使回路中某部分电路电流或电压实现从零开始可连续调节的分压接法。
五、根据知识点的关系，处理实验数据，分析并解决实验问题。
在完成实验操作后，须对实验得到的数据进行处理，并通过数据总结出实验结论，分析误差。如例2的第4个问题中得到的实际图线与理论图线有差别，学生须对此进行分析。可以看出开始的一小段拉力不为零并逐渐增大而加速度却始终为零，可知实验前没有完全平衡摩擦力。有时实验中的一些问题虽要通过实验中的相关信息结合各知识点的联系来解决。如例1中的第3个问题，计算电压是3V时小灯珠消耗的功率，根据实验图线可直接得到3V时对应的电阻，再结合知识点功率计算出功率约为0.78W。例2的第2个问题中是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式须联系知识点得到的表达式为。有些问题中给出一些信息，让学生根据信息判断。这类问题一定要读懂信息内容，并将信息合理应用即可，如例1中估算小灯珠正常发光时灯丝的温度，先根据图线室温电压为零所对应的电阻算出，再根据图线找到电压3.8V时所对应的电阻，代入即可算出电压为3.8V时所对应的电阻。
无论是实验的设计还是实验的分析都需要学生对实验目的，实验器材，实验方法掌握并灵活使用。无论是传统实验还是DIS实验都对学生的分析能力和应用能力提出较高的要求。在教学中需要不断的加强学生实验方面能力的培养，加强理论分析和实践指导，使学生的实验分析能力，设计能力，应用能力得到不断的巩固与提高。