浅议中学物理实验要点,本文主要内容关键词为:要点论文,物理实验论文,中学论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
从物理实验本身的特征来看,欲把握住物理实验的整个过程,就要把握住实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、实验步骤、实验数据和实验误差七个方面的要点。笔者根据在物理实验教学中的体会,对上述七个要点,谈点浅见:
一、实验目的
只有明确实验目的,才能对实验方法的设计;实验仪器的选择;实验步骤的安排等作出最优化的界定。因此,明确实验目的是实验过程中最重要的一环。
二、实验原理
实验原理是实验的理论基础。弄懂实验原理,对于搞清实验中需要观察的物理现象,需要测量的物理量,以及应如何正确分析这些现象,如何正确处理实验中测得的数据以得出正确的实验结论,如何正确地分析实验的误差从而客观地评价实验结果等都是至关重要的。
三、实验仪器
实验仪器是实验得以完成的物质基础。任何实验,都必须选择适当的实验仪器,选择实验仪器应做到以下几点:
1.根据实验目的和误差要求选择实验仪器。
2.对于实验中需要用到的各种实验仪器,不仅要掌握其正确的使用方法,而且还应熟悉其构造特征,弄懂其工作原理。
3.对于所给出的实验仪器,特别是对所给出的几个同一种类的实验仪器,则应依次遵循可行性原则和准确性原则来决定取舍。可行性原则主要考虑原理可行性、安全可行性和方便可行性;准确性原则主要考虑的是所选择仪器的精度和仪器的组合方式对实验的系统误差和偶然误差的影响。
四、实验方法
实验方法一般指的是操作方法、测量方法、数据处理方法和误差分析方法这几类,而后两类将在后面专题中讨论,这里扼要地谈一谈操作方法和测量方法
1.实验的操作方法:在中学物理实验中的实验操作方法主要有如下两种:
“控制法——若多种因素X[,1]、X[,2]、……均影响着某个物理量A,则可以采用先控制其它的因素不变而研究其中某一因素X[,i]对A的影响,然后逐步更替X[,i],进而搞清所有的X[,i]对A的影响方法。比如在“验证牛顿第二运动定律”的实验中,采用的就是“控制法”:先在质量m一定的条件下研究合外力F对加速度a的影响;然后在合外力F一定的条件下研究质量m对加速度a的影响。
“留迹法——运动物体无论以何种方式留下的何种痕迹,都将或多或少地暴露出它在运动过程中的特征和规律。因此,通过对运动物体留下的痕迹的研究来把握其运动规律,是了解运动的一种好方法。而用实验手段就可以帮助我们把运动物体的痕迹留下来。在中学物理实验中应用“留迹法”的几个实验中,留迹的方式和所留痕迹的意义又各有不同:打点计时器是利用物体的某一次运动而留下众多时刻的瞬时位置痕迹;“研究平抛物体的运动”则是利用多次重复同一运动的方式而留下运动的轨迹;“碰撞中的动量守恒”虽然也是利用了对同一运动多次重复的方式,但留下的却只是该运动的特殊位置(起点的投影和落点);至于“用描迹法画出电场中平面上的等势线”,则是用探索比较的方式留下了电场在某一状态下平面上各等势点的痕迹……
2.物理量的测量方法:在中学物理实验中运用的物理量测量方法,较有特色的有如下两种:
“累积测量法”——将微小量多次累积后进行测量。其目的在于减少测量的相对误差。比如“用单摆测定重力加速度”的实验中,对周期T的测量就是一个典型的例子。
“转换测量法”——借助A、B两量的关系,把测量A量的问题转换成测量B量,其目的就在于简化和方便测量过程。比如在“碰撞中的动量守恒”的实验中,就是利用了平抛运动的等时性,把速度的复杂测量转换成对水平位移的简单测量。
五、实验步骤
合理的实验步骤是围绕实验目的、在正确的实验原理指导下,设计出能够保证实验成功的措施。而实验步骤的安排,又依赖于对实验原理的理解和对实验方法的领悟;实验步骤的具体实施,又必须建立在对实验仪器的特征和性能的了解和熟悉的基础上。因此,对于实验步骤应考虑:
1.如何安排一个具体的实验步骤?
2.对于具体的实验步骤,应如何去操作、实施?
3.对于众多的必要的实验步骤,应按怎样的顺序去操作、实施更合理?
六、实验数据
实验中所获得的原始数据,是用以分析、判断、计算、进而“加工”(归纳、总结)出实验结论的第一手资料。实验数据是否准确、可靠、完备,对于实验结论有着重大影响。而欲获得准确、可靠且完备的实验数据,又需要实验目的明确,实验原理正确,实验方法可行,实验仪器适当,以及实验步骤合理和实验操作谨慎、准确等。对于实验数据的理解,一般不能仅仅局限于某些物理量的测量值,还应包括实验中所观察到的物理现象和记录下来的一些具有特殊意义的时刻和位置等。关于实验数据一般要求:
1.搞清实验中应该测量哪些数据;
2.掌握对实验数据的分析和处理方法。
中学物理实验中常用的数据处理方法主要有:
“分析法”——通过对数据(现象和位置)的直接分析而得出判断的方法。比如在“研究电磁感应现象”的实验中,用已知极性的电源使电流表指针发生偏转,对观察到的现象作简单分析,即可得到关于“电流方向与电流表指针偏转方向间的关系”的正确判断,而这一判断正是能进一步完成该实验的重要保证。
“图线法”——把获得的实验数据(主要指的是一些物理量的测量值)纳入某特定意义的坐标平面内,借助于解析几何的手段搞清数据间联系,进而了解物理量间的关系的方法。比如在“验证玻意耳——马略特定律”的实验中,把测得的压强P和体积V的一组组数据,经简单处理后纳入“P-V[-1]”坐标平面内,进而验证了形如"PV=C"的定律。
另外还有摒弃法、公式法、列表法、平均值法等,就不一一叙述了。
七、实验误差
实验误差是检验实验质量、评价测量等级的量化标准。不懂得怎样分析误差的来源,就无法在实验中有目的地去设法减小误差而提高实验精度;不会定量分析误差的大小,就无法在实验后对实验结论的可靠程度作出客观的评价。因此,对实验误差的分析,也应是实验基本技能的一个重要方面。这就要求:
1.了解有关实验误差的基本知识。
2.掌握分析实验误差的基本方法,能定性分析误差来源,定量计算误差大小。
3.寻找减少实验误差的途径。