新课程标准下高中物理实验教学探讨.doc

新课程标准下高中物理实验教学探讨 丹阳市第五中学 尹年泉新课程标准对科学探究及物理实验能力提出具体的要求：“作为物理学是一门以实验为基础的自然科学。在高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验。” “学生在科学探究活动中,通过经历与科学工作者进行科学探究时相似的过程,学习物理知识与技能,体验科学探究的乐趣,学习科学家的探究方法,领悟科学的思想和精神。”同时指出,科学探究的过程要素集中体现在以下几点:提出问题;猜想与假设;制定计划与设计实验;进行实验与收集数据;分析与验证;评估;交流与合作。我们不妨简称为“科学探究七要素”。让学生动脑动手，引导学生改进学习的策略和学习方法，通过学生自主的进行科学探究，学习物理的基本概念和基本规律。掌握进行科学探究的基本技能，包括观察、实验、推理方面的技能，以及收集信息、处理信息、传递信息的技能。培养学生探索科学的兴趣和对物理现象的好奇心，激发学生独立思考、勇于实践、敢于创新的科学精神，逐步形成科学态度和科学的价值观。课程标准把物理实验能力要求作为内容标准的一个独立的主题，可见，物理实验的重要地位。突出分组实验，培养学生动手操作能力课程标准对物理概念和物理规律的学习，从方法上作了重大调整，即变教师的传授、灌输为学生动手实验，通过观察、分析和归纳，达到对概念的理解和规律的掌握。新课标突出分组实验，使学生既动脑又动手，改变演示实验仅由教师动手、讲解，使学生产生依赖教师的不良习惯。而分组实验的过程，还可能会出现实验现象和实验结论不一致的情况，这一现象的出现，很容易引起学生对教材中的实验结论产生“疑点”，疑点将成为学生探索科学真理的驱动力，并为确信自己的实验结果而重做实验，甚至多次重做，只有当自己的实验结果与教材中的结论一致时，才会消除疑点，同时又锻炼了学生的意志。1.如在验证机械能守恒定律的实验中会对这几方面产生疑点：实验仪器的摆放问题。起初两点的选取（课本上：2.重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？）一般认为验证机械能守恒定律，应从打出的纸带中选取第1、2两点间距约为 2 mm 的纸带进行测量，是保证物体做自由落体运动。 而第1、2两点间距不为 2 mm，也可以是自由落体运动。有些实验结果中动能的增量大于重量势能的减少量。（课本4.实验报告中要写明本实脸的目的、原理、器材主要实验步骤、数据的分析、结论，以及对结论可靠性的评估.包括对可能产生的误差的分析）。2.力的合成和分解 力的平行四边形定则（实验、探究）如图所示，在“互成角度的力的合成”实验中，使b弹簧从图示位置开始沿顺时针方向缓慢转动，在这个过程中，保持O点位置不变和a弹簧的拉伸方向不变。则整个过程中，关于a、b弹簧的读数变化是(D)Aa增大，b减少Ba减少，b增大Ca减少，b先增大后减少Da减少，b先减少后增大3、某同学在家里做用单摆测定重力加速度的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块大小为3cm左右，外形不规则的大理石块代替小球。他设计的实验步骤是： A将石块用细尼龙线系好，结点为M，将尼龙线的上端固定于O点，如图所示； B用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长； C将石块拉开一个大约=30的角度,然后由静止释放； D从摆球摆到最高点时开始计时，测出30次全振动的总时间t,，由T=t/30得出周期； E改变OM间尼龙线的长度再做几次实验，记下相应的L和T ； F求出多次实验中测得的的平均值作为计算时使用的数据，代入g=()2L公式求出重力加速度g 。 你认为该同学在以上实验步骤中有重大错误的是_。为什么? 该同学用OM的长作为摆长，这样做引起系统误差，将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小?_。你认为用什么方法可以解决摆长无法准确测量的困难?突出“观察与思考”的创造成分，培养创造性思维的主动探索性创造性思维的主动探索性表现为三种形式：一是纵向连动，即发现一种现象后，立即纵深一步，探求其产生的原因；二是逆向连动，即看到一种现象后，立即想到它的反面；三是横向连动，即发现一现象后，便联想特点与之相关的事物。“观察与思考”是形成物理概念、导出物理规律的主要方法之一，它是思维探索的第一感性材料。由于探索未知事物正是人类高级探究反射在心理需要上的体现，而兴趣和情感又包含着丰富的思维因素，准确地说，是思维探索的动因，感性材料越丰富，兴趣就越大，主动探索的情感就越强，所以“观察与思考”的创造性成分有利于培养学生思维的主动探索性。例如1.在测定动摩擦因数的实验中为什么要拉动下面的木板，让学生亲自动手后从弹簧秤的读数就可得到解答（无锡市2008届部分高级中学基础测试）为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。（1）为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力大小，你认为方案 更易于操作。简述理由 。（2）若A和B的重力分别为100N和150N，当甲中A被拉动时，弹簧测力计a示数为60N，b示数为110N，则A、B间的动摩擦因数为 。 FbFc甲 乙 B A A B abc参考答案：为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。（1）甲；因为甲方案拉木块时不需要匀速拉动,（2）0.4。增加设计型实验，培养学生创新思维能力创造性思维具有多向选择性，即善于从不同角度想问题。它具有四种机智：(1)“发散机智”，即在一个问题面前，尽量提出多种设想，多种答案，以扩大选择的余地；(2)“换元机智”，即灵活地变换影响事物和量的诸多因素中的某一个，从而产生新的思路；(3)“转向机智”，即思维在一方面受阻时，马上转向另一方面；(4)“创优机智”，即用心寻找最优答案。设计型实验有利于培养创造性思维的“多向选择性”。进行实验设计的总体原则是（1）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高（3）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理实验设计的基本思路： 实验器材明确目的确定原理 代测物理量数据处理误差分析 实验步骤 实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，它们相辅相成，互为条件例如，根据学生高中学习阶段所学的有关知识，将”伏安法测电阻”实验改为如下的设计性实验：如怎样才能测定某一定值电阻的阻值？ 伏安法；欧姆表；替代法；串联分压、并联分流法；半偏法等等。在仪器和电路的选择上：电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程分压、限流电路选择在下列情况下应选择分压电路a.实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。b.限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况c.限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用滑动变阻器的粗调和微调在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反如1.（2008苏南一模）现要尽可能精确地测量一量程为 3V 的电压表的内阻（内阻约 5000） . ( 1 ）需要哪些实验器材？请写出主要器材的规格，画出实验电路图并简要叙述测量电压表内阻的方法 ( 2 ）实验室有 0 一 0.6A 一 3A 规格的常用电流表和0一 3V 一15 V 规格的常用电压表，其内且均未知，另外有电源、滑动变阻器（最大阻值约为 50 ）、开关、导线这些器材，若只选用这些器材，能否达到实验目的？试说明理由答案： (1）还需毫安表、量程是1mA ）、电源、电动势为3 v ）、开关、导线原理图如右：测量方法：读出电压表的读数是 U 和毫安表的读数是 I ，则电压表的内阻可表示为 RU/I (其它方案正确同样给分) ( 2 ）不能，因为电压表的内阻太大，无法精确测量其电流值.分析：该题是一道很好的开放性问题，题目只设定一个隐含条件。只要能精确测量出伏特表的电阻不管用何种方法，但对器材的规格和实验步骤有一定的要求。所以对学生在实验的可行性、安全性以及误差等要求都较高。通常有伏安法、替代法、半偏法，在提高精度上还可用多次测量等方法。2如图甲所示为测量电动机转动角速度的实验装置，半径不大的圆形卡纸固定在电动机转轴上，在电动机的带动下匀速转动在圆形卡纸的旁边安装一个改装了的电火花计时器电火花计时器（甲） （乙） （丙）下面是该实验的实验步骤：使电火花计时器与圆形卡纸保持良好接触； 启动电动机，使圆形卡纸转动起来； 接通电火花计时器的电源，使它工作起来；关闭电动机，拆除电火花计时器；研究卡纸上留下的一段痕迹（如图乙所示），写出角速度的表达式，代入数据，得出的测量值。要得到角速度的测量值，还缺少一种必要的测量工具，它是_A 秒表 B 游标卡尺 C 圆规 D 量角器写出的表达式，并指出表达式中各个物理量的含义：_； 为了避免在卡纸连续转动的过程中出现打点重叠，在电火花计时器与盘面保持良好接触的同时，可以缓慢地将电火花计时器沿圆形卡纸半径方向向卡纸中心移动。则卡纸上打下的点的分布曲线不是一个圆，而是类似一种螺旋线，如图丙所示。这对测量结果有影响吗？_。（选填“有影响”或“没有影响”）理由是：_参考答案：(2)D ，是n个点对应的圆心角，t是电火花计时器的打点时间间隔；没有影响,电火花计时器向卡纸中心移动时不影响角度的测量3.做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50 Hz.由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带贴在直角坐标系中，求:（1）在第一个0.1 s内中间时刻的速度是_m/s.（2）运动物体的加速度是_m/s2.参考答案：解析:相邻计数点间时间间隔T=50.02 s=0.1 s（1）v0.05 m/s=0.225 m/s.（2）a1=103 m/s2=0.75 m/s2a2=103 m/s2=0.73 m/s2a3=103 m/s2=0.77 m/s2物体运动的加速度a=0.75 m/s2.4.某同学在做该实验时得到了如图中的物体运动轨迹，0、a、b三点的位置在运动轨迹上已标出，x为水平方向，y为竖直方向。（g取10 m/s2）.则：（1）小球平抛的初速度为_m/s. （2）小球开始做平抛运动的位置坐标为：x_cm，y_cm.参考答案：1m/s; (-20cm,-20cm)解析：（1）设oa时间间隔为t，则x方向：0.1=v0ty方向由解得v01 m/s，t=0.1 s.（2）同理可解得：物体抛出点x=-20cm; y=-20cm指导学生分析、解读实验数据，总结归纳实验规律中学物理实验有相当部分是定量实验，学生需要分析和处理各种实验数据。在中学物理实验中，处理实验数据最常用的方法是运用图表、图线及拟合线性方程，这些方法不仅是研究物理问题，也是研究各种实际问题(包括社会、经济甚至人文科学)最常用的分析方法。体验在实验研究中获取数据，作出图像，分析图像，寻找规律的科学思维方法。数据的处理常用：列表法、图象法、函数关系法，高考试题都有出现要能熟练地用公式表示出待求物理量与已知物理量的关系，能够正确地利用实验数据画出物理量间的函数图象，并能利用图线进行外推，得出有关结论要会正确地使用表中列出的数据和正确地记录实脸数据 实验误差：侧出的数值与真实值的差异称为误差可分为系统误差和偶然误差系统误差是由于仪器本身不精确，或实验方法粗略，或实验原理不完善而产生偶然误差是由各种偶然因索对实验者、侧量仪器、被侧物理量的影响而产生的常采用改善实验方法及改进实验仪器、设备等手段来减小实验的系统误差，用多次侧量取平均值的方法减小实验的偶然误差，一般不要求计算误差的大小如1.（06北京）.某同学看到一只鸟落在树枝上的P处，树枝在10 s内上下振动了6次，鸟飞走后，他把50 g的砝码挂在P处，发现树枝在10 s内上下振动了12次.将50 g的砝码换成500 g砝码后，他发现树枝在15 s内上下振动了6次，你估计鸟的质量最接近 （ B ）A.50 g B.200 g C.500 g D.550 g 2（宿迁市2008届第一次调研）当物体从高空下落时，所受阻力会随物体的速度增大而增大，因此经过下落一段距离后将匀速下落，这个速度称为此物体下落的收尾速度。研究发现，在相同环境条件下，球形物体的收尾速度仅与球的半径r和质量m有关。下表是某次研究的实验数据：小球编号ABCDE小球的半径（10-3m）0.50.51.522.5小球的质量（10-6kg）254540100小球的收尾速度（m/s）1640402032(1)根据表中的数据,求出B球和C球在达到收尾速度时所受阻力之比为 (2)根据表中的数据,归纳出球型物体所受的阻力f与球的速度v及球的半径r的关系,写出其表达式为: ，其比例系数k= 。参考答案：（1）1:9 （2分） （2）f=kvr2 （2分） k=50Ns/m3 （2分）3.(06天津)-某研究性学习小组利用图1所示电 路测量电池组的电动势 E和内阻r根据实验数据绘出如图2所示的图线，其中 R为电阻箱读数，I为电流表读数，由此可以得 到 E =_V，r= _。参考答案：( 2.9; 0.9 ) 2008年3月25日参考资料：普通高中物理课程标准。江苏省普通高中物理课程标准教学要求。高中新课程物理教学指导意见。