物理实验设计的基本方法.docx

《物理实验设计的基本方法.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、物理实验设计的基本方法物理学是一门实验科学，而我们目前的物理教学，基本上是停留在关于物理学的知识系统的归纳和理论体系的阐述上，就连物理实验本身的教学，也是按教材的分析按部就班地进行纯理论的讲解．其弊端是显而易见的，如果考查的实验不是教材所限的实验呢？一、实验设计教学的必要性１９９６年上海高考第四（５）题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度，就属于设计型实验．但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量，使实验定位在电阻或电阻率的测定上，又大大降低了实验难度，只属于局部设计型实验．无论命题者出于何种考虑，设计型实验毕

2、竟半遮半掩地出现了，这多少给教学工作者提了个醒．１．从小处着眼，加强实验设计教学上海作为高考改革的试点城市，其成功的改革将为全国高考提供可能的改革方向，甚至一些新颖的题型和情境，都可能为全国高考所借鉴．如１９９６年全国高考第２１题就是从１９９５年上海高考第一（５）题脱胎而来的．无疑上海高考关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措，极有在全国推广的价值．而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”，也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能．２．从大处着眼，加强实验设计教学著名核物理学家钱三强先生

3、在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾严厉指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”．这样培养选拔出来的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见．这正是我们的悲哀！长期以来的这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞

4、涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪！思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地．实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做．二、实验设计的基本方法１．明确目的，广泛联系题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点．实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪

5、些物理量有直接的联系．对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中，涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的．２．选择方案，简便精确对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案．教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种．那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则：（１）简便性原则即要

6、求所选方案原理简单、操作简便，各量易测．应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案．（２）可行性原则实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件．（３）精确性原则不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的．在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验方案．３．依据方案，选定器材实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这

7、些物理量分别需用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材．在“用单摆测定重力加速度”的实验中，是利用单摆装置来进行实验的，故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆．重力加速度可表示为ｇ＝４π２ｌ／Ｔ２，周期需用秒表测定；摆长ｌ是从悬点到摆球中心的距离，因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度ｌ和摆球直径ｄ．从实验原理表达式可以看出，实验与摆球质量无关，故毋需使用天平．当然，从实验方便性和精确性角度考虑，还需对所选器材作进一步要求，以期把系统误差降到最小．如上述器材中，摆线的伸缩性和质量应较小，摆球的质量应较大．

8、摆线伸缩性大，其长度会随拉力变化而变化；摆球与摆线质量相差越小，系统（摆线和摆球）质心偏离摆球中心越远，误差就越大．为了便于观察，摆球振动的路径宜长，但又要确保单摆做简谐振动，故摆线宜长些，常取１米左右．４．拟定步骤，合理有序实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤．对一些可直接测量的物理量，可先行测量；对需通过实验装置才能测定的物理