新课程标准下高中物理实验教学探讨

新课程标准下高中物理实验教学探讨丹阳市第五中学尹年泉新课程标准对科学探究及物理实验能力提出具体的要求：“作为物理学是一门以实验为基础的自然科学。在高中物理课程各个模块中都安排了一些典型的科学探究或物理实验。”“学生在科学探究活动中,通过经历与科学工作者进行科学探究时相似的过程,学习物理知识与技能,体验科学探究的乐趣,学习科学家的探究方法,领悟科学的思想和精神。”同时指出,科学探究的过程要素集中体现在以下几点:①提出问题;②猜想与假设;③制定计划与设计实验;④进行实验与收集数据;⑤分析与验证;⑥评估;⑦交流与合作。我们不妨简称为“科学探究七要素”。让学生动脑动手，引导学生改进学习的策略和学习方法，通过学生自主的进行科学探究，学习物理的基本概念和基本规律。掌握进行科学探究的基本技能，包括观察、实验、推理方面的技能，以及收集信息、处理信息、传递信息的技能。培养学生探索科学的兴趣和对物理现象的好奇心，激发学生独立思考、勇于实践、敢于创新的科学精神，逐步形成科学态度和科学的价值观。《课程标准》把物理实验能力要求作为内容标准的一个独立的主题，可见，物理实验的重要地位。突出分组实验，培养学生动手操作能力《课程标准》对物理概念和物理规律的学习，从方法上作了重大调整，即变教师的传授、灌输为学生动手实验，通过观察、分析和归纳，达到对概念的理解和规律的掌握。新课标突出分组实验，使学生既动脑又动手，改变演示实验仅由教师动手、讲解，使学生产生依赖教师的不良习惯。而分组实验的过程，还可能会出现实验现象和实验结论不一致的情况，这一现象的出现，很容易引起学生对教材中的实验结论产生“疑点”，疑点将成为学生探索科学真理的驱动力，并为确信自己的实验结果而重做实验，甚至多次重做，只有当自己的实验结果与教材中的结论一致时，才会消除疑点，同时又锻炼了学生的意志。1.如在验证机械能守恒定律的实验中会对这几方面产生疑点：①实验仪器的摆放问题。②起初两点的选取（课本上：2.重物下落时．最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？）一般认为验证机械能守恒定律，应从打出的纸带中选取第1、2两点间距约为2mm的纸带进行测量，是保证物体做自由落体运动。而第1、2两点间距不为2mm，也可以是自由落体运动。③有些实验结果中动能的增量大于重量势能的减少量。（课本4.实验报告中要写明本实脸的目的、原理、器材．主要实验步骤、数据的分析、结论，以及对结论可靠性的评估.包括对可能产生的误差的分析）。2.力的合成和分解力的平行四边形定则（实验、探究）如图所示，在“互成角度的力的合成”实验中，使b弹簧从图示位置开始沿顺时针方向缓慢转动，在这个过程中，保持O点位置不变和a弹簧的拉伸方向不变。则整个过程中，关于a、b弹簧的读数变化是(D)A．a增大，b减少B．a减少，b增大C．a减少，b先增大后减少D．a减少，b先减少后增大3、某同学在家里做用单摆测定重力加速度的实验，但没有合适的摆球，他找到了一块大小为3cm左右，外形不规则的大理石块代替小球。他设计的实验步骤是：A．将石块用细尼龙线系好，结点为M，将尼龙线的上端固定于O点，如图所示；B．用刻度尺测量OM间尼龙线的长度L作为摆长；C．将石块拉开一个大约α=30°的角度,然后由静止释放；D．从摆球摆到最高点时开始计时，测出30次全振动的总时间t,，由T=t/30得出周期；E．改变OM间尼龙线的长度再做几次实验，记下相应的L和T；F．求出多次实验中测得的的平均值作为计算时使用的数据，代入g=(2πT)2L公式求出重力加速度g。⑴你认为该同学在以上实验步骤中有重大错误的是_______________。为什么?⑵该同学用OM的长作为摆长，这样做引起系统误差，将使重力加速度的测量值比真实值偏大还是偏小?________。你认为用什么方法可以解决摆长无法准确测量的困难?突出“观察与思考”的创造成分，培养创造性思维的主动探索性创造性思维的主动探索性表现为三种形式：一是纵向连动，即发现一种现象后，立即纵深一步，探求其产生的原因；二是逆向连动，即看到一种现象后，立即想到它的反面；三是横向连动，即发现一现象后，便联想特点与之相关的事物。“观察与思考”是形成物理概念、导出物理规律的主要方法之一，它是思维探索的第一感性材料。由于探索未知事物正是人类高级探究反射在心理需要上的体现，而兴趣和情感又包含着丰富的思维因素，准确地说，是思维探索的动因，感性材料越丰富，兴趣就越大，主动探索的情感就越强，所以“观察与思考”的创造性成分有利于培养学生思维的主动探索性。例如1.在测定动摩擦因数的实验中为什么要拉动下面的木板，让学生亲自动手后从弹簧秤的读数就可得到解答…………（无锡市2008届部分高级中学基础测试）为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。（1）为了用某一弹簧测力计的示数表示A和B之间的滑动摩擦力大小，你认为方案更易于操作。简述理由。（2）若A和B的重力分别为100N和150N，当甲中A被拉动时，弹簧测力计a示数为60N，b示数为110N，则A、B间的动摩擦因数为。参考答案：为了用弹簧测力计测定两木块A和B间的动摩擦因数μ，甲、乙两同学分别设计了如图所示的实验方案。（1）甲；因为甲方案拉木块时不需要匀速拉动,（2）0.4。增加设计型实验，培养学生创新思维能力创造性思维具有多向选择性，即善于从不同角度想问题。它具有四种机智：(1)“发散机智”，即在一个问题面前，尽量提出多种设想，多种答案，以扩大选择的余地；(2)“换元机智”，即灵活地变换影响事物和量的诸多因素中的某一个，从而产生新的思路；(3)“转向机智”，即思维在一方面受阻时，马上转向另一方面；(4)“创优机智”，即用心寻找最优答案。设计型实验有利于培养创造性思维的“多向选择性”。进行实验设计的总体原则是（1）精确性：在实验误差允许的范围内，应尽可能选择误差较小的方案．（2）安全性：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材造成损害，且成功率高．（3）可操作性：实验应便于操作和读数，便于进行数据处理．实验设计的基本思路：实验器材明确目的→确定原理→代测物理量→数据处理→误差分析实验步骤实验设计的关键在于实验原理的设计，它是进行实验的依据和起点，它决定了应选用（或还需）哪些实验器材，应测量哪些物理量，如何编排实验步骤．而实验原理的设计又往往依赖于所提供的实验器材（条件）和实验要求，FbFc甲乙BAABabc它们相辅相成，互为条件．例如，根据学生高中学习阶段所学的有关知识，将”伏安法测电阻”实验改为如下的设计性实验：如怎样才能测定某一定值电阻的阻值？①伏安法；②欧姆表；③替代法；④串联分压、并联分流法；⑤半偏法等等。在仪器和电路的选择上：①电表选择：为了减小电表读数引起的偶然误差，选择电表时应先估算待测电流或电压的最大值，同时要考虑电表间、电表与电源间的配置是否合理，测量时各电表的最大偏转量都应接近量程．②分压、限流电路选择在下列情况下应选择分压电路a.实验要求待测电阻两端电压从零开始连续变化。b.限流不能保证安全，即限流电路中的最小电流超过电表量程或用电器的额定电流．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．c.限流能保证安全，但变阻器调节过程中，电表读数变化不明显，不满足实验测量多组数据的要求．常见于变阻器全电阻远小于测量部分电阻的情况．在限流、分压两种电路都满足实验要求时，由于限流电路结构简单，损耗的电功率小，应优先选用．③滑动变阻器的粗调和微调．在限流电路中，对测量电路而言，全电阻较大的变阻器起粗调作用，全电阻较小的变阻器起微调作用；在分压电路中，变阻器的粗、微调作用正好与限流电路相反．如1.（2008苏南一模）现要尽可能精确地测量一量程为3V的电压表的内阻（内阻约5000Ω）.(1）需要哪些实验器材？请写出主要器材的规格，画出实验电路图并简要叙述测量电压表内阻的方法．(2）实验室有0一0.6A一3A规格的常用电流表和0一3V一15V规格的常用电压表，其内且均未知，另外有电源、滑动变阻器（最大阻值约为50Ω）、开关、导线这些器材，若只选用这些器材，能否达到实验目的？试说明理由．答案：．(1）还需毫安表、量程是1mA）、电源、电动势为3v）、开关、导线．原理图如右：测量方法：读出电压表的读数是U和毫安表的读数是I，则电压表的内阻可表示为R＝U/I(其它方案正确同样给分)(2）不能，因为电压表的内阻太大，无法精确测量其电流值.分析：该题是一道很好的开放性问题，题目只设定一个隐含条件。只要能精确测量出伏特表的电阻不管用何种方法，但对器材的规格和实验步骤有一定的要求。所以对学生在实验的可行性、安全性以及误差等要求都较高。通常有伏安法、替代法、半偏法，在提高精度上还可用多次测量等方法。2．如图甲所示为测量电动机转动角速度的实验装置，半径不大的圆形卡纸固定在电动机转轴上，在电动机的带动下匀速转动．在圆形卡纸的旁边安装一个改装了的电火花计时器．下面是该实验的实验步骤：Ⅰ．使电火花计时器与圆形卡纸保持良好接触；Ⅱ．启动电动机，使圆形卡纸转动起来；Ⅲ．接通电火花计时器的电源，使它工作起来；Ⅳ．关闭电动机，拆除电火花计时器；研究卡纸上留下的一段痕迹（如图乙所示），写出角速度ω的表达式，代入数据，得出ω的测量值。①．要得到角速度ω的测量值，还缺少一种必要的测量工具，它是_______A．秒表B．游标卡尺C．圆规D．量角器②．写出ω的表达式，并指出表达式中各个物理量的含义：_________________________________________________________________；③．为了避免在卡纸连续转动的过程中出现打点重叠，在电火花计时器与盘面保持良好接触的同时，可以缓慢地将电火花计时器沿圆形卡纸半径方向向卡纸中心移动。则卡纸上打下的点的分布曲线不是一个圆，而是类似一种螺旋线，如图丙所示。这对测量结果有影响吗？___________________。（选填“有影响”或“没有影响”）理由是：______________________________________________________________参考答案：(2)①．D②ω＝θ（n-1）t，θ是n个点对应的圆心角，t是电火花计时器的打点时间间隔；③．没有影响,电火花计时器向卡纸中心移动时不影响角度的测量3.做匀加速直线运动的小车，牵引一条纸带通过打点计时器，交流电源的频率是50Hz.由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，按图所示，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带贴在直角坐标系中，求:电火花计时器（甲）（乙）（丙）（1）在第一个0.1s内中间时刻的速度是_______m/s.（2）运动物体的加速度是_______m/s2.参考答案：解析:相邻计数点间时间间隔T=5×0.02s=0.1s（1）v0.05＝1.0105.223m/s=0.225m/s.（2）a1＝2363Tss=21.035.370.60×10－3m/s2=0.75m/s2a2=2253Tss=21.035.305.52×10－3m/s2=0.73m/s2a3=2143Tss=21.035.225.45×10－3m/s2=0.77m/s2物体运动的加速度a=3321aaa＝0.75m/s2.4.某同学在做该实验时得到了如图中的物体运动轨迹，0、a、b三点的位置在运动轨迹上已标出，x为水平方向，y为竖直方向。（g取10m/s2）.则：（1）小球平抛的初速度为_______m/s.（2）小球开始做平抛运动的位置坐标为：x＝_______cm，y＝_______cm.参考答案：1m/s;(-20cm,-20cm)解析：（1）设oa时间间隔为t，则x方向：0.1=v0ty方向由232tgtytyyaab解得v0＝1m/s，t=0.1s.（2）同理可解得：物体抛出点x=-20cm;y=-20cm指导学生分析、解读实验数据，总结归纳实验规律中学物理实验有相当部分是定量实验，学生需要分析和