sy《物理教學(xué)論》實驗緒論(11級-修改) 14311

1、 中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研究中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研究 物信學(xué)院物理專業(yè)2011級本科班2014年春季教學(xué)內(nèi)容目錄教學(xué)內(nèi)容目錄 緒論緒論第一篇第一篇 中學(xué)物理教學(xué)論實驗概論中學(xué)物理教學(xué)論實驗概論（基本理論）第一部分第一部分 中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研究中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研究 怎樣認(rèn)識物理實驗儀器怎樣認(rèn)識物理實驗儀器2 實驗操作規(guī)范實驗操作規(guī)范3 誤差理論在物理實驗教學(xué)中的運(yùn)用誤差理論在物理實驗教學(xué)中的運(yùn)用4 物理實驗的研究物理實驗的研究5 自制教具和學(xué)具的意義及其要求自制教具和學(xué)具的意義及其要求第二部分第二部分 中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研究究 實驗一實驗一 電磁打點記時

2、器的調(diào)整及使用電磁打點記時器的調(diào)整及使用 利用打點計時器進(jìn)行運(yùn)動和力實驗研究利用打點計時器進(jìn)行運(yùn)動和力實驗研究（P352）實驗二實驗二 演示電表的改裝及應(yīng)用演示電表的改裝及應(yīng)用（實驗四實驗四P383） 實驗三實驗三 靜電演示實驗與靜電演示儀器研究靜電演示實驗與靜電演示儀器研究（P367） 實驗四實驗四 光學(xué)演示實驗研究光學(xué)演示實驗研究（實驗五實驗五P426） 實驗五實驗五 測定金屬的電阻率測定金屬的電阻率（學(xué)生實驗研究和設(shè)學(xué)生實驗研究和設(shè)計計P 509） 實驗六實驗六 開放自選中學(xué)物理力學(xué)演示實驗研究開放自選中學(xué)物理力學(xué)演示實驗研究 緒 論 一、中學(xué)物理實驗的重要性中學(xué)物理實驗的重要性 物理學(xué)

3、是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)。中學(xué)物理教學(xué)必須以實驗為基礎(chǔ)。這是由實驗本身的特點及其在物理教學(xué)中的作用來決定的。 實驗是物理學(xué)研究的基礎(chǔ)實驗是物理學(xué)研究的基礎(chǔ)（課本P136） （一）物理實驗方法（課本P136）在人為控制條件下，運(yùn)用儀器、設(shè)備，使物理現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，從而有目的地進(jìn)行觀測研究的一種方法。（二）物理實驗在物理學(xué)研究中的主要作用（課本P136） 為發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律提供豐富的感性材料； 檢驗物理理論，假設(shè)的正確性； 開拓物理學(xué)應(yīng)用的新領(lǐng)域。 物理實驗在教學(xué)中的重要性物理實驗在教學(xué)中的重要性（課本P136） 實驗是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，可以使學(xué)生獲得感性認(rèn)識，加深理解物理概念、規(guī)律，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣； 培養(yǎng)觀察

4、、實驗?zāi)芰Γl(fā)展智力； 讓中學(xué)生初步了解物理學(xué)的研究方法，培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和優(yōu)良品質(zhì)。 本課程中學(xué)物理實驗技術(shù)及實本課程中學(xué)物理實驗技術(shù)及實驗研究的任務(wù)驗研究的任務(wù): : 必要的基本實驗技術(shù)的訓(xùn)練；必要的基本實驗技術(shù)的訓(xùn)練； 一些重要的難度大的演示實驗和學(xué)生實驗一些重要的難度大的演示實驗和學(xué)生實驗的研究；的研究； 實驗教學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。實驗教學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。 實驗一 打點計時器的調(diào)整和使用實驗研究打點計時器的調(diào)整和使用實驗研究（3）實驗二 大型演示電表的改裝及應(yīng)用實驗研究大型演示電表的改裝及應(yīng)用實驗研究（3）實驗三 靜電演示實驗研究與靜電儀器使用技能靜電演示實驗研究與靜電儀器使用技能 訓(xùn)練訓(xùn)練

5、（3）實驗四 光學(xué)演示實驗研究光學(xué)演示實驗研究（實驗五） （3）實驗五 測定金屬的電阻率實驗研究與設(shè)計測定金屬的電阻率實驗研究與設(shè)計（3）實驗六 開放自選中學(xué)物理力學(xué)演示實驗研究開放自選中學(xué)物理力學(xué)演示實驗研究（3）第一部分第一部分 中學(xué)物理實驗教學(xué)概論中學(xué)物理實驗教學(xué)概論（基本知識）（基本知識） （P3） 一、量具儀表的精密度、準(zhǔn)確度、精度一、量具儀表的精密度、準(zhǔn)確度、精度（P3）量具儀表的：指量具儀表的最小分度值。精密度是決定測量隨機(jī)誤差的主要因素之一。 （P4）量具儀表的: 指其在規(guī)定的使用條件下工作時的基本誤差（額定最大相對誤差）。準(zhǔn)確度反映系統(tǒng)誤差的大小。其意義是，當(dāng)儀表的量程為Xm

6、時，其最大絕對誤差為Xmax，額定最大相對誤差（基本誤差%）為：K為儀表的級別數(shù)）（1.1） （P5） 是個泛指名詞，即包含是個泛指名詞，即包含也包含也包含，主要看，主要看和和誰起主導(dǎo)作用誰起主導(dǎo)作用可能與精密度或準(zhǔn)確度有關(guān)，可能與精密度或準(zhǔn)確度有關(guān)，也可能不同于這兩個概念。也可能不同于這兩個概念。如：以感量與稱量之比來定義。1級：感量/稱量=110 -7；2級：感量/稱量=210 -7；3級：感量/稱量=110 -7；4級：感量/稱量=110 -6； 5級：感量/稱量=210 -6；6級：感量/稱量=110 -6；7級：感量/稱量=110 -5； 8級：感量/稱量=210 -5；9級：感量/

7、稱量=110 -5；10級：感量/稱量=110 -4二教學(xué)儀器的型號和儀器上常見的符號二教學(xué)儀器的型號和儀器上常見的符號計量儀器：計量儀器：長度；長度；質(zhì)量；質(zhì)量；時間；時間； 溫度；溫度；電；電；通用儀器：通用儀器： 一般；一般；支架；支架； 電源；電源；專用儀器：專用儀器：數(shù)學(xué)；數(shù)學(xué)；力學(xué)；力學(xué)；聲學(xué)與熱學(xué)；聲學(xué)與熱學(xué)； 靜電與電流；靜電與電流；模型：模型：標(biāo)本：標(biāo)本：掛圖：掛圖：物理；物理；玻璃儀器：玻璃儀器：藥品：藥品：工具和材料：工具和材料：演示實驗材料；演示實驗材料；分組實驗分組實驗 材料；材料；工具。工具。儀表系列：磁電式、電磁式、電動式、感應(yīng)式、靜電式、熱線式；電流種類：直流電

8、、交流電、交直流兩用、三相交流電；工作位置：水平、 豎直、 與水平方向成60角、箭頭順地磁場方向；接線端鈕：正端、 負(fù)端、公共端、直流端、交流端、接地端、接外殼端、接屏蔽端、調(diào)節(jié)鈕；絕緣強(qiáng)度：未經(jīng)耐壓試驗、 經(jīng)500V耐壓試驗、經(jīng)2000V耐壓試驗；級別： 儀表量具的準(zhǔn)確度級別為1.5級三認(rèn)識儀器的一般過程三認(rèn)識儀器的一般過程1應(yīng)據(jù)有關(guān)知識和資料，對具體儀應(yīng)據(jù)有關(guān)知識和資料，對具體儀器的型號、原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，主器的型號、原理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，主要部件應(yīng)充分認(rèn)識；要部件應(yīng)充分認(rèn)識；2掌握儀器的精度、性能、用途和掌握儀器的精度、性能、用途和使用方法；使用方法；3檢查儀器的零部件是否完整，基檢查儀

9、器的零部件是否完整，基本功能是否正常。本功能是否正常。 例：例： 型號： 伏特表 符號：了解各符號的意義 構(gòu)造原理：參看說明書或有關(guān)資料 性能：雙量程、；三個接線柱。 會出現(xiàn)：1、測量前未調(diào)零位；2、測量時沒注意正負(fù)極性；3、被測的量大于電表量程或遠(yuǎn)小于電表量程的2/3。 一制定實驗操作規(guī)范的出發(fā)點一制定實驗操作規(guī)范的出發(fā)點 : 安全，確保不發(fā)生傷亡事故和損壞儀器事故，防火、防爆炸、防觸電。 檢查，避免人為過失誤差，減小實驗中的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。 保證實驗順利進(jìn)行，完成實驗任務(wù)。 二實驗操作的程序要求二實驗操作的程序要求: 裝配儀器裝配儀器 儀器的預(yù)備性調(diào)整儀器的預(yù)備性調(diào)整 按規(guī)則進(jìn)行實驗操

10、作按規(guī)則進(jìn)行實驗操作 整理儀器整理儀器舉例：舉例： 實驗前應(yīng)首先熟悉電路實驗前應(yīng)首先熟悉電路 根據(jù)根據(jù)“簡單、清楚，便于控制和觀測簡單、清楚，便于控制和觀測”的原的原則布置好器材。則布置好器材。 根據(jù)電路圖正確接線根據(jù)電路圖正確接線 電源合閘前應(yīng)仔細(xì)檢查電路調(diào)節(jié)好電表的零電源合閘前應(yīng)仔細(xì)檢查電路調(diào)節(jié)好電表的零點，并使電路的輸出電壓較小，檢查無誤后，點，并使電路的輸出電壓較小，檢查無誤后，方可接通電源。方可接通電源。 實驗是更換元器件時必須切斷電源。實驗是更換元器件時必須切斷電源。 操作過程中應(yīng)養(yǎng)成避免用手和身體接觸電路操作過程中應(yīng)養(yǎng)成避免用手和身體接觸電路中的導(dǎo)體的習(xí)慣。中的導(dǎo)體的習(xí)慣。 實驗

11、完畢應(yīng)先斷電源，后拆線路。實驗完畢應(yīng)先斷電源，后拆線路。 三實驗操作的動作規(guī)范三實驗操作的動作規(guī)范 使用天平 用手拿燒杯，傾倒液體 做靜電實驗 用注射器做實驗 用手調(diào)節(jié)滑臂、旋鈕、啟動開關(guān) 實驗操作不僅要注意程序，而且要注意動作的規(guī)范要求，切忌隨意性的動作 （1）時，一般用左手握住止動旋鈕，不論調(diào)節(jié)底座、橫梁，放卸待測物和砝碼，還是撥動游碼，都必須在止動期內(nèi)進(jìn)行需要觀察天平是否平衡時，再輕輕地順時針旋轉(zhuǎn)止動旋鈕當(dāng)橫梁處于升起狀態(tài)時，左手不可脫離止動旋鈕 用右手拿砝碼鑷，鑷口的凹邊應(yīng)當(dāng)朝上，如下圖一所示待測物和砝碼都應(yīng)放在砝碼盤的中央 （2）時，應(yīng)如下圖二所示 （3）用手調(diào)節(jié)滑線變阻器滑臂時，應(yīng)

12、以另一手扶住瓷支架上方，如下圖一所示 （4）用手拿透鏡時，應(yīng)如下圖二所示，切不可觸及透鏡表面 四教師演示實驗的操作要求四教師演示實驗的操作要求:演示實驗要求教師除了按照一般實驗的規(guī)范進(jìn)行演示實驗要求教師除了按照一般實驗的規(guī)范進(jìn)行操作外，還需要根據(jù)教學(xué)實驗的規(guī)范進(jìn)行操作。操作外，還需要根據(jù)教學(xué)實驗的規(guī)范進(jìn)行操作。要求要求: 操作前要介紹實驗的目的和原理。操作前要介紹實驗的目的和原理。 演示過程中，要引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中到觀察演示過程中，要引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中到觀察的對象和重點上去。的對象和重點上去。 演示的現(xiàn)象應(yīng)盡可能展示在學(xué)生都能觀察到的演示的現(xiàn)象應(yīng)盡可能展示在學(xué)生都能觀察到的視覺平面內(nèi)。視覺

13、平面內(nèi)。 演示儀器或電路的裝配中必須展示的部分應(yīng)盡演示儀器或電路的裝配中必須展示的部分應(yīng)盡量醒目。量醒目。 演示過程應(yīng)配合講解和手勢。演示過程應(yīng)配合講解和手勢。 演示結(jié)束應(yīng)及時把儀器從講臺上移開。演示結(jié)束應(yīng)及時把儀器從講臺上移開。 有不安全因素的實驗，絕不能讓學(xué)生上臺操作。有不安全因素的實驗，絕不能讓學(xué)生上臺操作。 實驗操作技能是物理教師實驗教學(xué)素質(zhì)的組成部分，應(yīng)加強(qiáng)自我訓(xùn)練，養(yǎng)成良好習(xí)慣。 一、在物理實驗教學(xué)中的運(yùn)用誤差理論的意義一、在物理實驗教學(xué)中的運(yùn)用誤差理論的意義 在提高物理教師的實驗理論指導(dǎo)能力，誤差理論的運(yùn)用是極其重要的。誤差理論在普通物理實驗中有詳細(xì)講述，但如何具體運(yùn)用到中學(xué)物理

14、實驗中去，還是一個值得研究的問題。物理教師正確運(yùn)用誤差理論，對合理配置實驗器材、確定誤差范圍、把握實驗成敗的關(guān)鍵、判斷實驗結(jié)果、解決實驗中出現(xiàn)的問題等方面都有積極的意義。物理實驗進(jìn)行誤差分析，是物理實驗的特點和要求，也是物理實驗教學(xué)的一個重要組成部分 。 在定量的物理實驗中是必不可少的，也是物理實驗固有特點的反映。在物理實驗教學(xué)中要認(rèn)真進(jìn)行誤差分析，對系統(tǒng)誤差的分析，應(yīng)做為實驗教學(xué)中一項重要的內(nèi)容。 二、誤差理論簡介二、誤差理論簡介（一）測量誤差（一）測量誤差 1、測量誤差的一般概念任何測量因各種原因，測量值與真值之間總存在差異，測量值與真值之差稱為測量誤差。表示為： 測量誤差測量誤差N =

15、測量值測量值Nx 真值真值No 2、測量誤差的主要類型 隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差：由于人的感官靈敏程度和儀器精密度有限以及周圍環(huán)境中偶然因素的干擾等原因造成的誤差。（隨意性） 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差：指由于儀器的不完善，測量者的生理、心理上的局限或因理論、方法的近似性等原因造成的誤差。（偏離性） 3、測量誤差的表示 絕對誤差絕對誤差：N=Nx-N0（測量值與真值之差）測量結(jié)果表示成N=NxN。系統(tǒng)誤差：N=Nx-N1 相對誤差相對誤差:絕對誤差與測量值(多次測量平均值)之比，N=N/N 相 對 誤 差 和 絕 對 誤 差 的 關(guān) 系 ：N=NN（二）有效數(shù)字 在測量中總有一部分可以準(zhǔn)確讀出的數(shù)字和一位估讀的

16、數(shù)字。包括這一位及以上的數(shù)字統(tǒng)稱測量結(jié)果的。 有效數(shù)字的位數(shù)決定被測對象和同類量具的精密度。 加減法：先找出參加運(yùn)算各分量絕對誤差最大的分量，然后以絕對誤差最大分量的最后一位數(shù)為準(zhǔn)，將其他分量比此位低的數(shù)用四舍五入法進(jìn)位。 乘除法：先找出參加運(yùn)算各分量中有效數(shù)字位數(shù)最少的分量，然后以位數(shù)最少的分量為標(biāo)準(zhǔn)對其他分量四舍五入法進(jìn)位（一般應(yīng)多保留一位），最后進(jìn)行運(yùn)算時再四舍五入。 （三）直接測量與間接測量的誤差計算 （反映隨機(jī)誤差）： 單次測量：以量具的精密度1/2作為最大絕對誤差。 多次測量：算術(shù)平均值：L=1/nNi算術(shù)平均偏差：L=1/n Ni-N平均相對誤差：L=L/L由直接測量的量代入公式

17、計算，得到結(jié)果，稱為間接測量。計算間接測量的誤差要用誤差傳遞公式：d N = + + + ： 作為一個中學(xué)物理教師，要提高實驗教學(xué)質(zhì)量必須進(jìn)行實驗研究。培養(yǎng)實驗研究能力是實驗教學(xué)技能訓(xùn)練的又一個重要方面。 研究和設(shè)計不同類型的實驗應(yīng)有不同的研究和設(shè)計不同類型的實驗應(yīng)有不同的側(cè)重點：側(cè)重點：演示實驗應(yīng)當(dāng)突出簡單、明了、啟發(fā)性好，而不必片面追求實驗的精確度；學(xué)生分組實驗應(yīng)當(dāng)突出實驗原理、實驗技能的初步訓(xùn)練，養(yǎng)成動手習(xí)慣和增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣；學(xué)生小實驗應(yīng)當(dāng)突出趣味性和幫助學(xué)生理解和運(yùn)用物理知識。 無論是演示實驗，還是學(xué)生實驗、小實驗的研究，都必須從兩方面考慮： 一是，以物理學(xué)的理論、思想、方法為指導(dǎo)進(jìn)行實

18、驗的改進(jìn)和創(chuàng)新； 二是，以中學(xué)物理教學(xué)通論的原則為指導(dǎo)進(jìn)行提高教學(xué)效果的研究。 在研究的過程中不僅需要有一定的技術(shù)。更需要有新穎的思想。 中學(xué)的實驗問題，只需具備中學(xué)物理知識水平就能理解。 要研究中學(xué)的實驗問題卻不是簡單的事情，需要我們有一定的理論基礎(chǔ)、廣博的知識、靈活發(fā)散的思路和實驗技能。從研究的思路可以看到，無論是尋找研究的課題，提出設(shè)計方案和最終解決問題，都離不開實驗教學(xué)研究。 為了增加學(xué)生動手鍛煉的機(jī)會，可以讓學(xué)生邊實驗邊學(xué)習(xí)，把實驗活動延伸互習(xí)題練習(xí)等課外領(lǐng)域。還應(yīng)加強(qiáng)研究適合中學(xué)生的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)學(xué)具和玩具化的學(xué)具，以及研究如何使用學(xué)具進(jìn)行有效的教學(xué)活動。 實驗儀器設(shè)備是完

19、成物理實驗教學(xué)任務(wù)、培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奈镔|(zhì)基礎(chǔ)。 1、教學(xué)儀器的質(zhì)量首先體現(xiàn)在它的教學(xué)設(shè)計思想上，因此一個新儀器的誕生離不開教學(xué)思想的發(fā)展。2、使用自制教具學(xué)具進(jìn)行教學(xué)，有利于消除學(xué)生對學(xué)習(xí)物理學(xué)、進(jìn)行實驗探索的神秘感，調(diào)動學(xué)生的積極性、主動性。3、學(xué)生在老師的指導(dǎo)下參與制作教、學(xué)具的過程是學(xué)生得到較為全面鍛煉的過程。4、自制教具、學(xué)具有助于教學(xué)改革的深入發(fā)展。在自制儀器的活動中，教師自身的素質(zhì)也得到了提高。5、自制教具、學(xué)具是當(dāng)前物理新課程改革和發(fā)展的需要。開展自制儀器活動，有利于開發(fā)適合物理新課程科學(xué)探究教學(xué)要求的儀器，有利于培養(yǎng)中學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，使他們的動手能力和創(chuàng)新思維得到了提高。 1

20、、要有明確的目的，根據(jù)實際的教學(xué)需、要有明確的目的，根據(jù)實際的教學(xué)需要自制合適的教、學(xué)具。要自制合適的教、學(xué)具。 用替代的方法來解決儀器短缺的困難； 對原有現(xiàn)成的教具做某些改進(jìn)； 設(shè)計出新的儀器、開發(fā)新的實驗； 提供足夠的學(xué)生實驗器材。2突出物理原理，重在學(xué)生的能力訓(xùn)練突出物理原理，重在學(xué)生的能力訓(xùn)練。 研究自制教、學(xué)具，首先要研究其設(shè)計思想，從實際教學(xué)出發(fā)。突出物理原理，注重對學(xué)生能力的培養(yǎng)。3、提倡用學(xué)生所熟悉的日常生活用品、提倡用學(xué)生所熟悉的日常生活用品自制教、學(xué)具進(jìn)行實驗，亦即自制教、學(xué)具進(jìn)行實驗，亦即“隨手取材隨手取材”做實驗。做實驗。 用日常用品組裝成教學(xué)儀器，進(jìn)行少量加工制作。 隨手取材作為實驗的教具和學(xué)具，基本上不需加工。 4、要考慮眼前以及長遠(yuǎn)的目標(biāo)、要考慮眼前以及長遠(yuǎn)的目標(biāo) 自制教