物理实验仪器的认识

一、中学物理实验教学的危机1、不重视实验的倾向相当普遍常有这样的观念：理论课已多得要命了，做实验麻烦又吃时间，区区那几个百分比的实验分数就别太在意吧，反正不会吃零蛋就好了。让学生背熟，去应付考试，出现“做实验不如讲实验”，“讲实验不如背实验”的荒谬作法。“黑板实验”现行评价下的社会、家长不“喜欢”。中国传统思想中轻视“动手”。学校愿意投入数百万信息技术，不愿意投入学生实验设施——制作器材客观上，物理实验器材不足，缺少有效率的实验教师，不少物理老师本身不爱动手做实验（我是念理论物理毕业的，很欣赏思想实验，但就是不爱动手做实验）。2．“为做实验而做实验”学生实验质量不高：“为做实验而做实验”．——分组实验的“任务型实验”教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，写得面面俱到．学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下，取几个数据，算出结果，填好表格，实验就算完成了。？！部分学生动手，部分学生则袖手旁观，“合而不作“一个班的学生同一时间做同一个实验，用同一种方法、相同的仪器，都要在规定时间内做完，得出同一结论。“新”？看别人怎么做，自己就怎么做，谈不上去思考。实验报告抄好上交了事。学生不看、教师不安排交流分析！。。。。。。3．教师实验教学的基本素质普遍下降实验教学的素质观察实验的素质，实验思维的素质和实验操作的素质，其中实验思维素质和实验操作素质表现在设计和完成实验中，是一种综合性和创造性素质的反映．表现为：对演示实验和学生分组实验，没有认真做过，不够熟悉，更谈不上实验教学研究。对实验的设计与操作的心理活动不佳，缺乏实验测量的操作技巧，缺乏设计、改进实验和排除故障的能力，缺乏实验考核的命题能力关键是思想：不重视，没有用——没有时间（事实上不愿意投入）严格的实验训练不是简单的，需花很多心力。认识误区：实验是不是真的没用？美物理教师协会主席乔.梅尔“讲给我听的，我会忘记……演示给我看的，我会记得……我动手做的，我会终身不忘…”对认识物理规律一致公认——有用物理学是模型学科，实验的检验无可替代李政道认为“通过实验得出结果，通过结果求得了解。……从实验开始，引出理论，进行解释和猜想，又进行实验。”——近代科学研究方法。16、17世纪的文艺复兴时期，以伽利略为代表的杰出科学家提出“把实验方法与物理规律的研究结合”，把科学的实验方法发展到一个新的高度。研究方法的特点把数学和实验密切地结合起来。“理想化模型”研究方法设法改变实验的测量条件，使之易于观测。提出“要用实验去检验理论”。把实验方法和科学理论联系起来——理论演绎和逻辑推理认识误区：实验真的是工具？帮助学习“物理知识”？帮助训练“手的技巧”？新课程大纲、新课程标准——既是手段、又是目标——为“科学探究”服务！刘炳升先生观点形象、生动——激发学生解决问题的动机；学生自己的观察获取信息，作为思维加工和评价的基础；实验中蕴藏着极其活跃的因素，会出现许多意想不到的问题，对活化知识和训练思维大有益处；实验活动形式多样，能为各种学生提供全面而又有个性特长的发展条件；实验需要严谨、踏实等优良的作风，这种活动对于塑造人的完善品格具有重要意义。实验教学功能（美）（1）感觉功能---观察、体验（2）训练功能---练习、观察、归纳、验证实验（科学活动）（3）身教功能---科学、严谨、客观（4）评价功能---评价理解分析能力我国对实验能力的培养——注重结果评价（1）.细致而敏锐的观察能力全面性:整个过程例：“电磁感应现象”深刻性:隐蔽现象例：“浮沉子”“酒精灯”“水银和水的液面”锐敏性:敏捷变化例：“振动运动情况”准确性:正确的习惯与减少误差例：“读数目光正对（镜反射）”直接观察（感官——看、听、闻、尝、感）间接观察（工具——观测仪器设备）①扩大了观察范围。②提高观察的精确性，克服感官造成的错觉。③提高观察速度，分辨肉眼无法辨别的变化。④能使感觉形式发生转换①没有直接观察直接生动、简便易行；②仪器发生问题，导致观察失误。这是间接观察一大弊端，“不要迷信仪器”。③观察不能改变和控制对象。胆大心细（2）.准确的仪器操作能力a．基本仪器的使用：了解仪器构造原理,按使用要求操作b．合理组装(连接)仪器：布局合理，组装规范，便于观察、读数和操作。c．综合操作实验人为地干预、变革和尽可能控制自然现象。“实验精髓在于控制”①纯化研究对象排除次要、外在和偶然因素的干扰②强化研究对象超高（低）温度、压强、场等等）条件③再现、加速和模拟自然过程——可重复实验可以分为直接实验和模拟实验。模拟实验：①几何模拟②动力相似模拟③替代、类比模拟④电路模拟⑤计算机模拟（3）分析和处理实验数据的能力a.实验数据的记录和处理实验数据的处理方法，通常有列表法、图象法和函数法三种b.实验测量误差的分析和减少方法c.实验数据的处理、物理规律的得出---由来注意：实验结果数据与实验结论的区别光的折射光的折射实验最早可以追溯到古希腊。据考证，约公元１４０年，天文学家克劳第斯·托勒密专门做了“光从空气到水中发生‘折’”的实验。数据折射定律的正确表述是１６２１年荷兰数学家斯涅耳从实验中得到的。二、物理实验仪器的认识（一）常用量具的精密度、准确度、精度1.量具仪表的精密度一般是指量具仪表的最小分度,米尺一般为1mm精密度为1mm电表一格为0.2A精密度为0.2A依此可以确定每次测量最大误差不超过1/2最小分度（精密度）2、量具仪表准确度指仪表在规定的使用条件下工作时基本误差(额定最大误差)----“读数再准确也是可能有的”GB776-76电气测量指示仪表通用技术条例规定.仪表准确度0.10.20.51.01.52.55.0基本误差(%)±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0其中中学常用仪器仪表的准确度为1.52.55.03、量具仪表的精度是泛指名词，既包含精密度,也包含差准确度一般:电表、计时仪表、万用表、示波器----精度指准确度米尺、游标、量筒、温度计---精度指精密度天平：精度级别是其感量/称量之比.710)5..2..1(610)5..2..1(510)5..2..1(4101精度级别12345678910感量/称量中学常用的十级天平就是感量为100mg50mg20mg称量为1000g500g200g的物理天平（二）教学仪器的型号和仪器上常见符号1、型号现行我国教学仪器型号以J打头例：J1204J1204序列号教学仪器大类号1通用仪器、小类号12电源（大、小类号见附表）例：J2122滑轮组J2354滑动变阻器J0409J-DBX直流电表大类号名称小类号含义0计量仪器00长度01质量02时间03温度04电1通用仪器10一般11支架12电源2专用仪器20数学21力学22热学与声学23静电与电流24电磁与电子25光学与原子物理3模型4标本5挂图51物理6玻璃仪器7药品8工具和材料80演示实验材料81分组实验材料82工具2．常用仪器上的标记游标卡尺:0.05mm0.002mm精密度0-125mm0-150mm量程天平：感量20mg50mg称量200g500g滑动变阻器：0-100Ω0-2000Ω调节范围2A0.3A额定电流（允许通过最大电流）电阻箱：0-9999Ω电阻变化范围1Ω最小进位1.5精度等级≤0.05零电阻开关标记：↑↓转动标记：3．仪器表盘面上的符号符号类别符号及意义仪表系列∩∩∩|〧〇〒×磁电式整流式流比计电磁式电动式感应式静电式电流种类－～～≈（3～）直流电交流电交直两用三相交流电接线绝缘工作位置→（┌┐）↑（⊥）∠60°表盘水平表盘垂直（竖直）表盘与水平成60度角端钮+-×DCAC┷┴正极负极公共端直流交流接地接外壳接屏蔽强度☆☆☆（5KV）未经耐压实验500伏耐压实验5000伏耐压实验ABC111111准确度1.52.5误差为量限的1.5%误差为示值的1.5%误差为量限的1.5%环境防外场湿度∠85%85%98%温度0～45°-20～50°-40～60°最大误差0.5%1%2.5%（三）认识仪器的一般过程①根据有关知识和资料（仪器说明书），了解仪器的型号、原理和结构。②掌握仪器的精度、性能、用途和使用方法。③检查仪器零部件是否完整——对照仪器装箱单。基本功能是否正常——进行具体实验。简单仪表可以简化；复杂仪器设备注意安装、调试应由生产厂家或销售商负责。以中学常用电压表为例说明：型号:J0408----电压表符号:☆〇⊥∩⊥表盘位置竖直放置∩磁电式测直流☆1000伏电压试验〇准确度构造原理:阅读有关资料、说明书性能:测定0-30-15接线柱检查:1.轻晃电表----指针转动是否灵活2.竖直放稳，调表盘下方螺丝----调零位3.电源(∠15)负端接“-”正端:轻触搭接能指示电压值:说明测量机构良好——可以使用4.准确测定---标准电源(或标准电表对比测量)正确使用仪器时应注意:1.测量前调零位——否则测量数据不准确。2.测量时注意量程、正负极和使用条件。3.电阻测量：被测量在中值的1/10--10倍之间其他测量：被测量在中间值附近（左右各留1/3三、物理仪器的读数表述一:(中学物理教材)“要求学生估读到测量仪器最小分量的十分之几”。中学不要求用误差分析只有在指针很细宽度小于最小分度的10分之一才可以。（一般可以满足）表述二：(普通物理教材)龚镇雄“一般情况下,仪器读数最后一位是读数误差所在的位”事实上还是由最小分度实际宽度和指针粗细决定仪器要求（A）仪器仪表的构造和原理；（B）刻度方法、最小刻度和准确度；（C）读数及有效数字。从历年的考题可知，考试的重点是：（甲）游标卡尺及螺旋测微器的读数方法；(乙)电流表、电压表的刻度认识及读数；（丙）欧姆表的测量原理、正确操作方法、读数及根据待测电阻选择挡位。中学物理读数要求掌握的包括以下几个方面:1.刻度尺2.游标卡尺、螺旋测微器(千分尺)3.安培表、伏特表读数方法4.欧姆表读数方法5.秒表6.天平7.温度计8.弹簧秤9.电阻箱10.打点计时器。读数公式1.游标卡尺:主尺最小分度1mm游标20个小等分刻度---每个0.05mm(1/20)读数公式:主尺刻度+标分度量×刻度数2.千分尺:固定刻度尺0.5mm最小分度可动刻度尺0.01mm最小分度可估读到0.001mm读数公式:固定尺刻度数+可动刻度数+估读数3.安培表、伏特表--目光垂直于指针左偏→数偏大右偏→数偏大读数公式:大刻度数+分度值×小刻度数+分度值×估读数量程0～3Ａ时最小分度:0.1Ａ读数=2+0.1×4+0.1×5/10=2.45А量程为0～0.6A时最小分度数0.02А读数=0.4+0.02×4+0.02×5/10=0.490量程为0～15Α时最小分度0.5A读数=10+0.5×4+0.5×5/10=12.25A4.欧姆表万用表欧姆档①调零②指针在中间1/3内③不在其内“换档”②读数公式：刻度数×档位读数读数＝24×1000=24KΩ要测:3000①选档×100②调零③读数5.秒表1.机械表:---中学实验中用大:秒针长针每小格0.1秒（齿轮结构不可能停留其间不可估读0.1秒）小:分针短针15分每小格0.5分30分每小格1分读数公式:t1短针读数+t2长针读数四、物理实验规范训练良好的实验习惯，是做好物理实验的重要条件。（一）存在的问题①学生毫无准备地进入实验室，在不了解仪器性能、操作规范的情况下，乱动仪器；②不严格按正确、规范的方法实验，例如：使用天平时，并不预先调整好，在启动状态下动砝码；使用千分尺时，不用尾部棘轮；电路换接电线不断开电源；等等；③测量、读数马马虎虎，只要“差不多”即可；记录读数不设计表格，任意涂改；更有甚者，边实验边说笑打闹。（二）