中學(xué)物理設(shè)計性實驗思想方法的培養(yǎng)

中學(xué)物理設(shè)計性實驗思想方法的培養(yǎng)中學(xué)物理設(shè)計性實驗思想方法的培養(yǎng)中學(xué)物理設(shè)計性實驗思想方法的培養(yǎng)xxx公司中學(xué)物理設(shè)計性實驗思想方法的培養(yǎng)文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度中學(xué)物理設(shè)計性實驗思想方法的培養(yǎng)設(shè)計性實驗要求學(xué)生在掌握實驗原理和儀器的基礎(chǔ)上富有創(chuàng)造力，自行設(shè)計新的實驗，它是素質(zhì)教育在物理實驗教學(xué)中的具體體現(xiàn)。通過它不僅可以考查學(xué)生對實驗的原理和方法的理解程度，更重要的是可以考查學(xué)生對學(xué)過的實驗原理、方法靈活地遷移應(yīng)用和綜合應(yīng)用的能力，考查學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。在此可以預(yù)料，設(shè)計性實驗題將成為今后高考實驗命題的主要題型。如何培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗的思想方法?一、以實驗原理為“綱”，實現(xiàn)實驗方法的遷移實驗原理是物理實驗的核心，是設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)。要研究實驗，只有明確實驗的原理，才能真正掌握實驗的關(guān)鍵、操作的要點，從而進(jìn)行實驗的設(shè)計、改造和創(chuàng)新。因此要想提高學(xué)生設(shè)計實驗的能力，教師必須講清楚實驗原理，引導(dǎo)學(xué)生抓住實驗原理這個“綱”。所謂實驗原理，并不是什么神秘的東西，實際上物理課中所學(xué)過的物理規(guī)律、物理公式只要含有某一物理量，則該規(guī)律、該公式就可以作為研究或測定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的實驗設(shè)計。例如用伏安法測電阻的原理是，要想測出R就要想辦法測出加在電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，教師通過對此實驗原理和方案的分析與講解為培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗打下了基礎(chǔ)。例題某電壓表的內(nèi)阻在20Ω～50Ω之間，現(xiàn)要測其總內(nèi)阻，實驗室提供下列可選用的器材：待測電壓表V（量程3V）電流表A1（量程200A）電流表A2（量程5mA）電流表A3（量程0．6A）滑動變阻器R（最大阻值16Ω）電源E（電動勢4V）電鍵K為了盡量減小誤差，要求多測幾組數(shù)據(jù)．試畫出符合要求的實驗電路圖，并標(biāo)出選用器材的符號。析與解教材中“將電流表改裝為電壓表”的實驗中，用半偏法測定電流表的內(nèi)阻，該題要求測量電壓表的內(nèi)阻，由于電壓表內(nèi)阻都很大，所以用教材中的半偏法測量就不行了。題中已提供了電流表，要測量的電壓表既是一個待測電阻，又是一個顯示自身電壓的測量儀表，所以采用伏安法即可測出該電壓表的內(nèi)阻──只需將一電流表與該電壓表串聯(lián)，由電流表讀出通過電壓表的電流I，由電壓表讀出它自身的電壓U，然后由歐姆定律就可計算出該電壓表的內(nèi)阻。電路如圖1所示：這是一道用學(xué)過的實驗方法進(jìn)行新的實驗設(shè)計的設(shè)計性實驗題，抓住了實驗原理這個“綱”，問題圖1就輕松地解決了。此題進(jìn)一步說明了對已學(xué)過的實驗原理的深刻理解是解決設(shè)計性實驗的前提和基礎(chǔ)。二、樹立“轉(zhuǎn)換”思想，開拓設(shè)計性實驗的思路要提高設(shè)計實驗?zāi)芰?，必須認(rèn)真體會物理教材上的實驗思想，其實物理教材蘊含大量的實驗設(shè)計方法。將某些不易顯示、不易直接測量的物理量轉(zhuǎn)化為易于顯示、易于測量的物理量的方法稱為轉(zhuǎn)換法（間接測量法）。例如，測力計是把力的大小轉(zhuǎn)換為彈簧的伸長量；打點計時器是把流逝的時間轉(zhuǎn)換為振針的周期性振動；電流表是利用電流在磁場中受力，把電流轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)角；用單擺測重力加速度是通過公式，把g的測量轉(zhuǎn)化為T和l的測量；驗證碰撞中的動量守恒，采用了轉(zhuǎn)化的方法把中的“v”轉(zhuǎn)化為中能直接測量的長度，物理中的轉(zhuǎn)化思想是設(shè)計性實驗的一個基本思想。例題如圖2所示，水平桌面上固定著斜面體A，有小鐵塊B。斜面體的斜面是曲面，由其截面圖可以看出曲線下端剛好在桌子邊沿，并且其切線是水平的。現(xiàn)提供的實驗測量工具只有：天平，直尺。其他的實驗器材可根據(jù)實驗需要自選?，F(xiàn)要設(shè)計一個實驗，測出小鐵塊B自斜面頂端由靜止下滑到底端的過程中，摩擦力對小鐵塊B做的功，請回答下列問題：（1）除提供的器材外，還需選用的器材是________________。（2）簡要說明要測量的物理量及表示符號________________。（3）寫出實驗結(jié)果的表達(dá)式（重力加速度已知）________________。解析物體由曲面頂端下滑到底端的過程中，只有重力和摩擦力做功，二力做功的代數(shù)和等于物體動能的變化量，因此只要測出物體下滑過程中重力的功，利用平拋運動的有關(guān)知識測出物體滑到曲面底端時的速度為v，可得，再利用動能定理：，即可求出摩擦力的功，因此本題答案如下：（1）白紙、復(fù)寫紙、重錘（2）斜面高度h，B的質(zhì)量m，桌面到水平地面的高度H，B離開桌面它的水平飛行距離s（3）此實驗設(shè)計過程中利用了“轉(zhuǎn)換”的思想方法，使問題較容易地得到了解決。三、利用儀器設(shè)計原理，提高設(shè)計實驗?zāi)芰芎玫卣莆諆x器的結(jié)構(gòu)、工作原理對提高設(shè)計實驗?zāi)芰Υ笥袔椭缥覀兦懊嫣岬降母鶕?jù)電壓表測電壓的原理和電流表測電流的原理，可以把電壓表看成一個能夠顯示自己兩端電壓的電阻，把電流表看成一個能顯示自身通過電流的電阻，這樣電壓表和電流表就可以像電阻一樣連在電路中，靈活應(yīng)用。例題從下表中選出適當(dāng)?shù)钠鞑?，設(shè)計一個電路，來測量A1的電阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并測得多組數(shù)據(jù)。器材規(guī)格電流表A1電流表A2電壓表（V）電阻R1滑動變阻器（R2）電池（E）電鍵K導(dǎo)線若干量程10mA內(nèi)阻r1待測（約40Ω）量程500μA內(nèi)阻r1=750Ω量程10V內(nèi)阻r3=10kΩ阻值約100Ω保護(hù)電阻總阻值約50Ω電動勢1.5V，內(nèi)阻很小（1）畫出電路圖，標(biāo)明所選用器材的符號。（2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r1，所選用的表達(dá)式為r1＝___________，式中各符號的物理定義是：___________。解析電路如圖3示，其中，I1是電流表A1中的電流，I2是電流表A2中的電流，r2是電流表A2的內(nèi)阻。因要測內(nèi)阻r1，可以用伏安法直接測出r1，但電壓不能直接測量，根據(jù)電壓表測電壓的原理，可以把已知內(nèi)阻的微安表看成電壓表，利用“伏安法”測電阻的原理，把微安表與毫安表并聯(lián)，則，另外根據(jù)實驗的其他要求連成如圖3所示電路。此題利用電壓表的設(shè)計原理打開了實驗設(shè)計思路，使沒有電壓表的問題得到了解決。設(shè)計實驗?zāi)芰Φ奶?/p>