浅谈中学物理实验设计的思想方法

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1、浅谈中学物理实验设计的思想方法【摘要】:物理学是一门实验科学,物理实验是培养学生观察想象、发现问题、解决问题和提高动手能力的重要环节。中学物理实验教学是开发学生的思维、提高动手能力和创新能力的重要手段。实验作为物理学教学中的重要研究手段•在中学物理教学中，我们不仅应该通过实验培养学生的动手能力，而且应该使学生学会一些实验设计的思想方法•作为教师，首先应该加强这方面的研究•本文结合物理实验，主要阐述在物理实9佥设计中，物理思想和教学论思想的指导，以及有关方法的运用。【关键词】:设计思想方法物理实验在中学物理实验教学中，教师往往把精力主要投放在讲授实验步骤和方法

2、上，放在进行操作技巧训练上，放在强调注意事项等方面上，而没有着重来分析实验产生过程中的设计思想和构思方法。正是这样的教学使学生在物理素质教学全过程中存在一个薄弱环节。因为任何一个看似普通的物理实验的内部都包含有非常丰富的物理思想,而这些正是学生（包括教师）要真正学习和掌握的东西。基于思想对实践的指导作用，故有必要对中学物理实验中最基本的设计思想进行归类分析。以便在教学活动中对学生进行教授和训练，激发学生创造岀新的物理思想和物理实验的新手段,以利于提高学生的物理素质。中学物理实验是一种介于基础教学实验和实际科学实验之间的、具有对科学实验全过程进行初步训练的教学

3、实验设计，它是学生根据实验原理和要求,在明确实验目的的基础上，应用已学过的实验仪器、实验方法，并结合实验器材及具体要求，设计出合理的实验方案并加以实施的过程。中学物理实验设计是一项创造性的劳动，需要扎实的理论基础，较强的实验技能，广泛的实践经验和周密严谨的头脑，在实验设计过程中，学生通过自己查阅和收集资料自行推证有关理论,自行设计实验方案，自行选择实验器材，独立地迸行操作和测量，对学生能力的培养有不可低估的作用。中学物理实验设计涉及到对实验原理的认识和理解，实验器材的有效选取及合理应用，实验步骤和操作的合理安排，数据的分析处理及实验结论的得出等一系列知识和能

4、力的应用过程,对于学生创新思维能力、动手操作能力、小组合作和交流能力等的培养都有十分重要的作用。实际上，中学物理实验设计过程中涉及到的思想方法有很多，这里归纳介绍几种最普遍常用的方法。1.转换法设计物理实验时,某些物理量不容易直接测量或某些物理蜒巔显示有困疽以测量的物理量转换成容易测量的物理量进行间接测量,或各某些不易显示的掣豐象•转化为容易显示的物理现象而进行间接观察，这种实验设计思维方法称为转扌兔裁去。崑把力高題Jr-1*1基*■彳■.二Z.£o3巨r以分为参::.例如在碰撞实验用等高二球水平位移的比代替它们速'r.丄‘的大小转换成弹簧的伸长量或指针的偏

5、转角度；J••钾溶液的流动可以清楚的表示热传递的情况。(1)参量转换。参量换测法是利用各种参量的变换及其变化的相互关系来测量某一物理量的方法。例如在测金属丝的杨氏弹性模量实验中，是通过应力和应变得线性变化关系来测量的；在测量重力加速度实验中是通过单摆的长度和周期的幕函数关系来测量的。⑵能量转换。能量换测法是指某种形式的物理量,通过能量变换器变成另一种形式的物理量的测量方法。如把机械量转换为电学量的传感器;把磁学量转换为电学量的传感器;把光学量转换转换成电学量的传感器等。转换法还可以分为：(1)时间量与空间量的转换：如伽利略在研究自由落体运动是,利用滴水法来测

6、量时间，将时间转换为水的体积的测量；测量小石块从井口自由下落到水面的时间来测量井口到井里水面的深度。(2)抽象量与直观量的转换:如卡文迪许设计扭秤实验时…利用弓I力对T形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产生的扭转力矩的转换，间接地观察到了弓I力的作用效果。而石英丝扭转角度的测量转换为平面镜反射光在刻度尺上移动的距离来间接测量出”实验设计非常巧妙。(3)微观量与宏观量的转换:如在油膜法估测分子的大小实验中”通过测量油滴的体积与单分子油膜的面积来测量分子的大小。(4)状态量与过程量的转换:如硏究平抛运动实验中，利用做平抛运动物体的水平位移与竖直位移求平抛运动的初

7、速度；在研究变速直线运动实验中，利用位移求物体的速度与加速度。(5)非电学量与电学量的转换:如传感器，就是把^电学量转换为电学量进行测量的浚元件。3.近似法设计物理实验时，为了简化实验测量，突出实验的物理意义，对一些史迸阶段精度要求不太高的试验，在其实验方案的设计上采取近似的处理，这种实验设鶴纟似思维法。例如，在验证牛顿第二定律的实验中4强调让/」鴉和砂的质量远小珈码的质量，近似地把/」瀝和砂的重兰一…•时,将电流表、电压表近似地视为理想仪表等。近似法刃以分为：/1ftT(1)对象近似：如在气体实验中「将常温常压(2)状态近似:如在计算汽车行瓣阻视为匀速直线

8、运动。車首成是对/J阵的牵引力；再如用〃伏安法眾在用