中學(xué)物理實(shí)現報告范文
中學(xué)物理實(shí)現報告范文
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物理實(shí)驗的學(xué)習步驟和方法
中學(xué)物理實(shí)驗是培養學(xué)生科學(xué)的觀(guān)察、實(shí)驗能力,科學(xué)的思維、分析和解決問(wèn)題能力的主要課程之一。正向李政道先生所說(shuō)的那樣:“教物理重要的是讓學(xué)生懂道理……”根據中學(xué)物理教學(xué)的目的和教學(xué)大綱的基本要求,在中學(xué)物理實(shí)驗的教學(xué)過(guò)程中應使學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗的基本方法上有一個(gè)實(shí)在的感受,從而培養他們的探索精神和創(chuàng )造性,并受到科學(xué)方法的教育。
1.實(shí)驗設計
為使實(shí)驗達到預期的目的,必須明白為什么要做這個(gè)實(shí)驗,做這個(gè)實(shí)驗是要解決現實(shí)技術(shù)問(wèn)題、知識問(wèn)題,還是要探索一下教材中將要出現的物理現象等等。解決實(shí)際問(wèn)題的是什么樣的,探索書(shū)中的知識問(wèn)題時(shí),應當明白是哪一個(gè)問(wèn)題及什么現象。目的明確,是實(shí)驗成功的前題。
設計實(shí)驗的基本方法歸納為下面幾種:
。1)平衡法。用于設計測量?jì)x器。用已知量去檢驗測量另一些物理量。例如天平、彈簧秤、溫度計、比重計等。
。2)轉換法。借助于力、熱、光、電現象的相互轉換實(shí)行間接測量,例如打點(diǎn)計時(shí)器的設計,電磁儀表、光電管的設計等。
。3)放大法。利用迭加,反射等原理將微小量放大為可測量,例如游標尺、螺旋測微器、庫侖扭秤、油膜法測分子直徑等。
2.探索性實(shí)驗的選題
學(xué)生探索性實(shí)驗,并不是去揭示尚未認識的物理規律。而是在經(jīng)歷該實(shí)驗的全過(guò)程之后,對探索性實(shí)驗有一個(gè)實(shí)在的感受,掌握探索未知物理規律的基本方法。
探索性實(shí)驗的選題應與學(xué)生的知識水平和學(xué)習任務(wù)相適應。在選題方面應注意到以下幾點(diǎn):
。1)根據中學(xué)生學(xué)到的數學(xué)知識和在實(shí)驗時(shí)間上的限制,實(shí)驗結果的經(jīng)驗公式以一次線(xiàn)性為宜。如:
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、倬(xiàn)性關(guān)系:Y=a+bx
、诜幢汝P(guān)系:Y=a+b/x
、蹆珀P(guān)系:Y=axb
改直:logy=loga+blogx
、苤笖店P(guān)系: Y=aexp(bx)
改直:Iny=Ina+bx
以上各式中x為自變量,y為應變量,同時(shí)又是被測量,a、b為常數。
。2)兩個(gè)被測量之間的變化特征具有較強的可觀(guān)察性。
。3)經(jīng)驗公式的理論分析不宜過(guò)于復雜。
3.物理實(shí)驗的操作方法
操作能力,主要是指基本儀器的使用和數據的讀出,儀器、設備的組裝或連接,故障的排除等三個(gè)方面。
。1)基本儀器的作用。中學(xué)物理實(shí)驗涉及的基本測量?jì)x器有:米尺、卡尺、螺旋測微器、天平、停表、彈簧秤、溫度計、氣壓計、安培計、伏特計、變阻箱、萬(wàn)用表、示波器。
使用基本測量?jì)x器的規范要求是:
、倭私鉁y量?jì)x器的使用方法,明確測量范圍允許極限和精密程度;
、趯δ承﹥x器如電表等,在使用前,必須調節零點(diǎn),或記下零點(diǎn)誤差;
、劾斡浭褂靡巹t和操作程序;
、苷_讀取數據。
例如,彈簧秤的正確使用要求是:明確彈簧秤的測量范圍;測量前,記下零點(diǎn)誤差;使用彈簧秤時(shí),施力的方向應與彈簧的軸線(xiàn)在同一直線(xiàn)上,不能使彈簧秤受力過(guò)久,以免引起彈性疲勞,損壞儀器;正確地觀(guān)察讀數,記取數據時(shí),不僅要記錄最小刻度能指示出來(lái)的數,還應讀出一位估計數字,數據后面要寫(xiě)明單位。
又如,安培計的正確使用要求是:明確量程;使用前,調節零點(diǎn);正確連接應與待測電路串聯(lián),并注意正、負極性;正確讀取數據,注明單位。
。2)儀器、設備的組裝或連接。要進(jìn)行一個(gè)物理實(shí)驗,總是需要先把各個(gè)儀器、部件、設備組裝起來(lái),并要求裝配和連接必須正確無(wú)誤。具體要求是:布局要合理,要便于觀(guān)察和操作;連接要正確,簡(jiǎn)單;實(shí)驗前要檢查,必要時(shí)進(jìn)行預備性調節。
例如,電路實(shí)驗,操作要求是:
、侔凑諏(shí)驗原理電路圖,安排好儀器、元件的布局,要便于連接,便于檢查,便于操作,便于讀取數據。
、谡_地連接電路。
安培表、伏特表是否分別與待測電路串聯(lián)、并聯(lián),正、負極性是否正確;滑線(xiàn)變阻器的接線(xiàn)是否合理;連接線(xiàn)路是否符合先支路、再并列、后干路、最后接電源的程序;電鍵是否能控制電路;接線(xiàn)是否簡(jiǎn)捷、牢固。
、蹖(shí)驗前應先檢查電路,發(fā)現問(wèn)題及時(shí)糾正,并進(jìn)行預備性調節。
、?chē)栏癜床僮鞒绦虿僮,例如,改變電阻器的阻值,是否由小到大,或由大到小,最后,正確讀取數據。
。3)故障的排除
實(shí)驗中的故障排除,不單是一種操作能力,它涉及對實(shí)驗原理的掌握程度、分析問(wèn)題處理問(wèn)題的方法、對各部件工作情況的了解等,是一種綜合運用能力。
實(shí)驗發(fā)生故障時(shí),應根據各部件工作狀態(tài)及各部件聯(lián)結處的分析,可能產(chǎn)生故障的幾種因素,逐個(gè)檢查,以致最后排除故障。
總之,培養實(shí)驗操作能力,是學(xué)習物理的必要基礎,它有利于對知識的理解,有利于自己創(chuàng )造條件探索問(wèn)題,有利于學(xué)生智力的發(fā)展。
在物理學(xué)習中,培養操作能力,應有計劃地、分階段地進(jìn)行。
第一,操作的認知階段
要求對操作技能有初步的認識,在頭腦中形成操作的映象,要求按規定的程序,做一些目的單純的定向訓練;
第二,操作的階調階段
要求反復練習操作,提高操作的準確性、協(xié)調性。
4.物理實(shí)驗中的觀(guān)察內容
觀(guān)察是對事物和現象的仔細察看、了解。它是思維的知覺(jué),智力活動(dòng)的門(mén)戶(hù)和源泉。中學(xué)物理實(shí)驗中的觀(guān)察是一種有目的、有計劃而且比較持久的思維知覺(jué),一般需要重點(diǎn)地觀(guān)察實(shí)驗的基本儀器、實(shí)驗的設備和裝置,實(shí)驗中的各種物理現象和數據、圖象、圖表,以及教師的規范化操作等等。
。1)觀(guān)察儀器的刻度。儀器刻度的觀(guān)察,主要是弄清刻度值的單位及其最小分度值,由此可確定測量值應估讀到哪一位。
。2)觀(guān)察儀器的構造。主要是通過(guò)觀(guān)察,了解儀器的結構原理、每個(gè)部件的作用、測量范圍等等。
例如,液體溫度計是利用液體熱脹冷縮的原理制成的。它們的底部都有一個(gè)玻璃泡,上部是一根頂端封閉、內徑細而均勻的玻璃管,在管和泡里有適量的某種液體,管上標有刻度,在溫度改變時(shí),液體熱脹冷縮,管內液面位置就隨著(zhù)改變,從液體達到的刻度就可讀出溫度值,溫度計由于用途不一,測量范圍也各不相同。例如,體溫計的測量范圍是35~42℃,一般實(shí)驗室的水銀溫度計其測量范圍是20~100℃。
。3)觀(guān)察儀器的銘牌。通過(guò)對儀器銘牌的觀(guān)察可了解儀器的名稱(chēng)、規格、使用方法和使用條件等等。
例如,有的變阻器的銘牌上標有“滑動(dòng)變阻器,1.5A50Ω的意思是滑動(dòng)變阻器允許通入的最大電流是1.5A,最大阻值是50Ω。
。4)觀(guān)察圖像、圖表、示意圖、實(shí)物圖。對圖像的觀(guān)察,主要是觀(guān)察它反映的是什么物理現象,物理量變化過(guò)程怎樣,物理量的變化遵循什么規律。
對圖表的觀(guān)察,主要通過(guò)觀(guān)察了解圖表的意義、用途、應用條件以及所列物理量的單位。
例如,液體的沸點(diǎn)表反映了不同液體沸騰時(shí)的溫度,用它可以查找液體的沸點(diǎn),單位是℃,因液體的沸點(diǎn)跟壓強等條件有關(guān)系,表中所列的通常是在1標準大氣壓下的沸點(diǎn)值。
對示意圖、電路圖、實(shí)物圖等的觀(guān)察,主要觀(guān)察它們分別反映的是什么物理模型,有何用途,儀器和電路的結構是怎樣布局的,各個(gè)部件(或元件)如何連接,各部分有什么關(guān)系等等。
。5)觀(guān)察實(shí)驗裝置的安裝。通過(guò)對實(shí)驗裝置安裝的觀(guān)察,可了解該裝置的用途,使用了哪些儀器和元件以及儀器配置的順序和方法等等。
。6)觀(guān)察實(shí)驗的操作過(guò)程。通過(guò)對實(shí)驗操作過(guò)程觀(guān)察,可了解操作前需做哪些準備工作,操作實(shí)驗的順序和過(guò)程怎樣(例略)。
。7)觀(guān)察實(shí)驗的現象。對實(shí)驗現象的觀(guān)察,主要是觀(guān)察現象產(chǎn)生的條件和過(guò)程。
例如,兩根相距很近的平行導線(xiàn),當通入相同方向的電流時(shí),兩者會(huì )相互吸引;當通入相反方向電流時(shí),兩者就互相排斥。
。8)觀(guān)察實(shí)驗的數據。實(shí)驗數據的觀(guān)察,要求觀(guān)測的方法要正確,數字的讀數要根據儀器最小刻度達到一定的準確度,記錄測量的結果時(shí)必須明確數據的單位。
例如,測物體長(cháng)度,觀(guān)察刻度時(shí)要眼睛正視制度線(xiàn),不能斜視,觀(guān)察裝在玻璃量筒里或玻璃量杯里水面到達的刻度時(shí),視線(xiàn)要跟水面凹形的底部相平,觀(guān)察水銀溫度計時(shí),視線(xiàn)要和水銀面最高處相平。
。9)觀(guān)察教師的示范演示。對教師示范演示的觀(guān)察,要觀(guān)察教師規范化的安裝實(shí)驗裝置,合理地安排實(shí)驗程序和正確的操作過(guò)程以及演示物理現象、數據的讀取和記錄,如何得到實(shí)驗結果等等(例略)。
5.物理實(shí)驗中的觀(guān)察方法
物理實(shí)驗觀(guān)察,通常采用的方法有:對比觀(guān)察法和歸納觀(guān)察法。
。1)對比觀(guān)察法。人們認識事物、現象,往往是通過(guò)對兩個(gè)事物、現象的對比,或把某一現象發(fā)生變化的前、后情況進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現的。
例如,觀(guān)察物質(zhì)熔解或凝固時(shí)的體積變化,就可以把石蠟放在燒杯里,先用酒精燈徐徐加熱使其全部熔解。這時(shí),觀(guān)察到石蠟液面是水平的,標出液面與燒杯接觸的高度。撤去酒精燈,等石蠟冷卻全部凝固后,經(jīng)過(guò)觀(guān)察發(fā)現:石蠟面與燒杯接觸的高度雖然沒(méi)有明顯的變化,但表面凹下去了。
又如,在學(xué)習沸騰現象時(shí),可以觀(guān)察液體在沸騰前和沸騰時(shí)的情況,并進(jìn)行比較。這時(shí),要求學(xué)生做到細致、敏捷、全面、準確地觀(guān)察。結果會(huì )發(fā)現:沸騰前,液體內部形成氣泡,氣泡在上升過(guò)程中逐漸變大,達到液面后破裂。通過(guò)液體沸騰前、后的情況對比,可以得知:沸騰是液體內部和表面都進(jìn)行劇烈地汽化的現象。
我們還可以人為地控制條件,使液體分別在常壓、加壓、減壓下沸騰,比較不同情況下的沸騰現象可知:同一種液體,沸點(diǎn)隨外界壓強變化而改變;如果研究對象為不同液體,使它們在相同外界壓強的條件下沸騰,通過(guò)對比實(shí)驗觀(guān)察可知,在相同的壓強下,不同液體的沸點(diǎn)是不同的。
從以上兩個(gè)例子可以看出:使用對比觀(guān)察法,有利于掌握現象的特征以及它與其它類(lèi)似現象的區別。
。2)歸納觀(guān)察法?偨Y一些現象的一般規律,反映現象的實(shí)質(zhì)時(shí),或研究一些涉及變化因素較多的問(wèn)題時(shí),通常采用歸納觀(guān)察法。即通過(guò)對個(gè)別現象分別進(jìn)行觀(guān)察,得到一些個(gè)別的結論,再分析、歸納,從而得出一般的規律。
例如,為了便于研究質(zhì)點(diǎn)的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系,就在先確定質(zhì)量這個(gè)因素是不變情況下,觀(guān)察加速度與力之間的關(guān)系;然后在確定另一個(gè)因素——力是不變的情況下,觀(guān)察加速度與質(zhì)量之間的關(guān)系;最后,通過(guò)歸納得出牛頓第二運動(dòng)定律。
可見(jiàn),使用歸納觀(guān)察法,有利于掌握現象的實(shí)質(zhì)以及研究比較復雜現象的一般規律。
總之,培養觀(guān)察能力,要明確觀(guān)察的目的、任務(wù),激發(fā)學(xué)生的觀(guān)察興趣,要使學(xué)生養成善于觀(guān)察、勤于思考的習慣,要教給學(xué)生觀(guān)察的方法,對學(xué)生進(jìn)行觀(guān)察訓練,要求觀(guān)察得準確、全面、細致、敏捷。
6.實(shí)驗結果的表示
實(shí)驗結果的表示,首先取決于實(shí)驗的物理模式,通過(guò)被測量之間的相互關(guān)系,考慮實(shí)驗結果的表示方法。常見(jiàn)的實(shí)驗結果的表示方法是有圖解法和方程表示法。在處理數據時(shí)可根據需要和方便選擇任何一種方法表示實(shí)驗的最后結果。
。1)實(shí)驗結果的圖形表示法。把實(shí)驗結果用函數圖形表示出來(lái),在實(shí)驗工作中也有普遍的實(shí)用價(jià)值。它有明顯的直觀(guān)性,能清楚的反映出實(shí)驗過(guò)程中變量之間的變化進(jìn)程和連續變化的趨勢。精確地描制圖線(xiàn),在具體數學(xué)關(guān)系式為未知的情況下還可進(jìn)行圖解,并可借助圖形來(lái)選擇經(jīng)驗公式的數學(xué)模型。因此用圖形來(lái)表示實(shí)驗的結果是每個(gè)中學(xué)生必須掌握的。
圖解法主要問(wèn)題是擬合面線(xiàn),一般可分五步來(lái)進(jìn)行。
、僬頂祿,即取合理的有效數字表示測得值,剔除可疑數據,給出相應的測量誤差。
、谶x擇坐標紙,坐標紙的選擇應為便于作圖或更能方使地反映變量之間的相互關(guān)系為原則?筛鶕枰头奖氵x擇不同的坐標紙,原來(lái)為曲線(xiàn)關(guān)系的兩個(gè)變量經(jīng)過(guò)坐標變換利用對數坐標就要能變成直線(xiàn)關(guān)系。常用的有直角坐標紙、單對數坐標紙和雙對數坐標紙。
、圩鴺朔侄,在坐標紙選定以后,就要合理的確定圖紙上每一小格的距離所代表的數值,但起碼應注意下面兩個(gè)原則:
a.格值的大小應當與測量得值所表達的精確度相適應。
b.為便于制圖和利用圖形查找數據每個(gè)格值代表的有效數字盡量采用1、2、4、5避免使用3、6、7、9等數字。
、茏魃Ⅻc(diǎn)圖,根據確定的坐標分度值將數據作為點(diǎn)的坐標在坐標紙中標出,考慮到數據的分類(lèi)及測量的數據組先后順序等,應采用不同符號標出點(diǎn)的坐標。常用的符號有:×○●△■等,規定標記的中心為數據的坐標。
、輸M合曲線(xiàn),擬合曲線(xiàn)是用圖形表示實(shí)驗結果的主要目的,也是培養學(xué)生作圖方法和技巧的關(guān)鍵一環(huán),擬合曲線(xiàn)時(shí)應注意以下幾點(diǎn):
a.轉折點(diǎn)盡量要少,更不能出現人為折曲。
b.曲線(xiàn)走向應盡量靠近各坐標點(diǎn),而不是通過(guò)所有點(diǎn)。
c.除曲線(xiàn)通過(guò)的點(diǎn)以外,處于曲線(xiàn)兩側的點(diǎn)數應當相近。
、拮⒔庹f(shuō)明,規范的作圖法表示實(shí)驗結果要對得到的圖形作必要的說(shuō)明,其內容包括圖形所代表的物理定義、查閱和使用圖形的方法,制圖時(shí)間、地點(diǎn)、條件,制圖數據的來(lái)源等。
。2)實(shí)驗結果的方程表示法。方程式是中學(xué)生應用較多的一種數學(xué)形式,利用方程式表示實(shí)驗結果。不僅在形式上緊湊,并且也便于作數學(xué)上的進(jìn)一步處理。實(shí)驗結果的方程表示法一般可分以下四步進(jìn)行。
、俅_立數學(xué)模型,對于只研究?jì)蓚(gè)變量相互關(guān)系的實(shí)驗,其數學(xué)模型可借助于圖解法來(lái)確定,首先根據實(shí)驗數據在直角坐標系中作出相應圖線(xiàn),看其圖線(xiàn)是否是直線(xiàn),反比關(guān)系曲線(xiàn),冪函數曲線(xiàn),指數曲線(xiàn)等,就可確定出經(jīng)驗方程的數學(xué)模型分別為:
Y=a+bx,Y=a+b/x,Y=ab,Y=aexp(bx)
、诟闹,為方便的求出曲線(xiàn)關(guān)系方程的未定系數,在精度要求不太高的情況下,在確定的數學(xué)模型的基礎上,通過(guò)對數學(xué)模型求對數方法,變換成為直線(xiàn)方程,并根據實(shí)驗數據用單對數(或雙對數)坐標系作出對應的直線(xiàn)圖形。
、矍蟪鲋本(xiàn)方程未定系數,根據改直后直線(xiàn)圖形,通過(guò)學(xué)生已經(jīng)掌握的解析幾何的原理,就可根據坐標系內的直線(xiàn)找出其斜率和截距,確定出直線(xiàn)方程的兩個(gè)未定系數。
、芮蟪鼋(jīng)驗方程,將確定的兩個(gè)未定系數代入數學(xué)模型,即得到中學(xué)生比較習慣的直角坐標系的經(jīng)驗方程。
中學(xué)物理實(shí)驗有它一套實(shí)驗知識、方法、習慣和技能,要學(xué)好這套系統的實(shí)驗知識、方法、習慣和技能,需要教師在教學(xué)過(guò)程中作科學(xué)的安排,由淺入深,由簡(jiǎn)到繁加以培養和鍛煉。逐步掌握探索未知物理規律的基本方法。
7.分組實(shí)驗問(wèn)題
對學(xué)生分組實(shí)驗,目前存在的主要問(wèn)題是:①有的學(xué)生不講求實(shí)驗目的是否達到,不按實(shí)驗規則和實(shí)驗步驟進(jìn)行實(shí)驗,只是在實(shí)驗室里把儀器當作玩具胡亂地擺弄幾下就了事;②有的學(xué)生不遵守實(shí)驗室的紀律,在實(shí)驗室內串來(lái)串去,大聲講話(huà),干擾別人的實(shí)驗操作;③在分組實(shí)驗中的操作往往由一人包辦到底,其余同學(xué)只是陪坐,不能參與實(shí)驗活動(dòng);④有的同學(xué)不重視實(shí)驗的科學(xué)性,不重視實(shí)驗現象和實(shí)驗數據的真實(shí)性,而是湊湊實(shí)驗數據了事,將實(shí)驗課變成了湊數據、拼結論的課。針對上述情況,在組織分組實(shí)驗,特別是進(jìn)實(shí)驗室做第一個(gè)實(shí)驗時(shí),實(shí)驗前的教育,從開(kāi)始就著(zhù)手培養良好的實(shí)驗習慣。如愛(ài)護儀器,遵守實(shí)驗室的各種紀律,實(shí)驗前弄清實(shí)驗目的,實(shí)驗原理,實(shí)驗步驟,了解實(shí)驗時(shí)的注意事項以及實(shí)驗儀器的操作和放置。如實(shí)驗儀器的放置應方便操作和易于觀(guān)察,需要觀(guān)察和讀數的儀器、儀表應放在中間靠近操作者,需要調節的儀器、儀表應放在面前稍偏右,其它器件以不影響操作,不防礙觀(guān)察做有序的放置。應要求學(xué)生人人參加實(shí)驗活動(dòng),認真觀(guān)察實(shí)驗現象和記錄真實(shí)的實(shí)驗數據。實(shí)驗結束后,將實(shí)驗儀器清理歸還原處。認真處理實(shí)驗所測出的數據,分析歸納實(shí)驗中觀(guān)察的現象,從而得出實(shí)驗結論,分析實(shí)驗誤差,并寫(xiě)出簡(jiǎn)單的實(shí)驗報告。
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