- 相關推薦
物理實驗研究設計方案
物理學是一門實驗科學，而我們目前的物理教學，基本上是停留在關于物理學的知識系統(tǒng)的歸納和理論體系的闡述上，就連物理實驗本身的教學，也是按教材的分析按部就班地進行純理論的講解.其弊端是顯而易見的，如果考查的實驗不是教材所限的實驗呢?
物理實驗研究設計方案1
一、實驗設計教學的必要性
1996年上海高考第四(5)題要求測定陶瓷管上均勻電阻膜的厚度，就屬于設計型實驗.
但由于題目給出了全部實驗器材和所有相關量，使實驗定位在電阻或電阻率的測定上，又大大降低了實驗難度，只屬于局部設計型實驗.
無論命題者出于何種考慮，設計型實驗畢竟半遮半掩地出現(xiàn)了，這多少給教學工作者提了個醒.
1.
從小處著眼，加強實驗設計教學
上海作為高考改革的試點城市，其成功的改革將為全國高考提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能為全國高考所借鑒.
如1996年全國高考第21題就是從1995年上海高考第一(5)題脫胎而來的.
無疑上海高考關于實驗設計的考查是又一個成功的改革舉措，極有在全國推廣的價值.
而物理《考試說明》中要求“會用在這些實驗中學過的實驗方法”，也為實驗設計的考查在全國的推廣提供了可能.
2.
從大處著眼，加強實驗設計教學
著名核物理學家錢三強先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學史》所作的序中，曾嚴厲指出：“今天我們科學界有一個弱點，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關系……”我們常常教育學生“應該……”“必須……”;我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最后只有一個小小的空格“是……”.
這樣培養(yǎng)選拔出來的人才在學校是好學生，步入社會是好職員，大腦中只是機械地跳動著兩個問題：“你要我做什么?你要我怎么做?”工作常常：“完成”的相當漂亮，但思想僵化，毫無創(chuàng)見.
這正是我們的悲哀!長期以來的這種教育選拔模式，致使我們現(xiàn)在仍只能在很羞澀地提到幾個美籍華人時才有一種借來的榮光與自豪!
思想不活躍，是因為我們給了學生太多的“必須”的限制;思想僵化，是因為我們留給學生太少的“可能”的余地.
實驗設計的教學，正是活躍思想，培養(yǎng)能力的一種好方法，授以實驗的基本方法，讓學生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎么做.
二、實驗設計的基本方法
1.
明確目的，廣泛聯(lián)系
題目或課題要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實驗的目的，是實驗設計的出發(fā)點.
實驗目的明確后，應用所學知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關，與哪些物理量有直接的聯(lián)系.
對于測量型實驗，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示;對于驗證型實驗，在相應的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關系成立，才能達到驗證規(guī)律的目的;對于探索型實驗，在相應的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應首先分析的.
舉例來說，要測定地球表面附近的重力加速度，我們就應檢索：在所學知識范圍內，哪些內容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關系，并一一羅列出來：
(1)在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或對水平支持物的壓力大小就等于重力，即T=N=mg.
若T(或N)和m能測出，則重力加速度g可測定.
(2)在超重或失重(但不完全失重)系統(tǒng)中，F(xiàn)⊥-mg=±ma⊥.
若F⊥、a⊥和m可測出，則重力加速度g可測定.
(3)在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，s=12gsinθt2.
若s、θ和t可測定，則重力加速度g也可測定.
(4)在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，s=12(gsinθ-μgcosθ)t2.
若s、θ、μ和t可測，則重力加速度g也可測定.
(5)自由落體運動中，h=12gt2.
若h和t可測出，則重力加速度g也可測定.
(6)用重力加速度測定儀測定.
(7)在平拋運動中，豎直方向在連續(xù)相等的時間內位移之差Δy=gt2.
若Δy和t可測，重力加速度g同樣可以測出.
(8)在斜拋運動中，水平射程可以表示為x=v02sin2θ/g.
若x、v0和θ可測出，則重力加速度g也可測出.
(9)單擺做簡諧振動時，其周期可以表示為T=2πl/g.
若T和l可測，則g可測.
(10)在焦耳測定熱功當量的實驗中，若能測出水的質量和升高的溫度，算出水增加的內能，再測出重物的質量和下落的高度，同樣可測定重力加速度.
(11)帶電粒子在的勻強電場平行板電容器中平衡時，mg=qU/d.
若U、d和帶電粒子的荷質比(q/m)可測定，則g可測出.
(12)假設一物體在地球表面附近繞地球做圓周運動，mg=GMm/R2，g=GM/R2.
2.選擇方案，簡便精確
對于每一個實驗目標，都可能存在多條思路、多種方案.
教材中關于某個實驗目標的實驗方案，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種.
那么在眾多實驗方案中，我們應如何選擇呢?一般來說，選擇實驗方案主要有三條原則：
(1)簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測.
應盡量避免實施那些原理復雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實驗方案.
(2)可行性原則實驗方案的實施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害;所需裝置和器材要易于置備，不能脫離實際，不能超出現(xiàn)有條件.
(3)精確性原則不同的實驗方案，其實驗原理、所用儀器以及實驗重復性等方面所引入的誤差是不同的.
在選擇方案時，應對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的實驗方案.
以上三原則通常要綜合考慮.
在前述方案中，方案(1)中常用的測力計誤差較大;(2)中F⊥和a⊥均不易測定;(3)中θ和t不易測定且難以保證斜面足夠光滑;(4)中θ、t和μ均不易測定;(5)中若用秒表計時人為因素較大，若用打點計時器計時，
紙帶受振針阻力與通常小物塊所受重力相比不能忽略;(6)中儀器先進但一般中學沒有;(7)中若用閃光照像技術則是一種好方案，但設備和技術都達不到要求，
若用平拋運動的研究方法誤差較大;(8)中θ和v0的測量難度較大;(9)中相對而言較切合中學實際;(10)中需測定的物理量多且很難采取絕熱措施;(11)中學階段不易測定荷質比;(12)只是一個思想實驗，無法付諸實踐，但可估算，代入數據得g=9.
857m/s2，與標準值9.
81m/s2只相差4.
8?.
綜上所述，中學階段通常采用單擺法測定重力加速度.
3.
依據方案，選定器材
實驗方案選定之后，考慮該方案需要哪些裝置，被測量與哪些物理量有直接的定量關系，這些物理量分別需用什么儀器來測定，從而確定整個實驗需要哪些器材.
在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，是利用單擺裝置來進行實驗的，故需鐵架臺、細線和擺球等來組裝單擺.
重力加速度可表示為g=4π2l/T2，周期需用秒表測定;擺長l是從懸點到擺球中心的距離，因此需用米尺和游標卡尺分別測定擺線長度l和擺球直徑d.
從實驗原理表達式可以看出，實驗與擺球質量無關，故毋需使用天平.
當然，從實驗方便性和精確性角度考慮，還需對所選器材作進一步要求，以期把系統(tǒng)誤差降到最小.
如上述器材中，擺線的伸縮性和質量應較小，擺球的質量應較大.
擺線伸縮性大，其長度會隨拉力變化而變化;擺球與擺線質量相差越小，系統(tǒng)(擺線和擺球)質心偏離擺球中心越遠，誤差就越大.
為了便于觀察，擺球振動的路徑宜長，但又要確保單擺做簡諧振動，故擺線宜長些，常取1米左右.
4.
擬定步驟，合理有序
實驗之前，要做到心中有數：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應從正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟.
對一些可直接測量的物理量，可先行測量;對需通過實驗裝置才能測定的物理量，須先組裝器材，再進行實驗、觀察和測量.
在“利用單擺測定重力加速度”的實驗中.
原理表達式g=4π2l/T2中的l和T分別為單擺的擺長和單擺做簡諧振動的周期.
因此應先組裝單擺，再測定擺長，最后讓單擺做簡諧振動，測定周期T.
根據所測數據計算出重力加速度g的值.
至于過程細節(jié)不再贅述.
5.
數據處理，誤差分析
高考對此要求不高，但常用的數據處理和誤差分析的方法還是應該掌握，在設計實驗時也應予考慮.
三、建議
我們不能說全國高考對中學教學起一種指揮棒的作用，但也無法低估高考對中學教學的導向作用，正確認識并充分利用這種導向作用，對改善中學教學現(xiàn)狀是大有裨益的.
因此在高考命題上做點文章，使試題內涵精些，外延寬些，少些“是什么”，多些“怎么樣”，思想自然活躍，花樣自然增多.
以1996年全國高考第15題為例，若把問題改為：“根據以上數據，能否驗證機械能守恒定律?試用必要的文字和簡明的算式闡明你的觀點.
”這樣一改，同樣可考查即時速度、ΔEP和ΔEK的計算，但為學生提供的可能性增多了.
為什么非得從“第一個點”開始考慮呢?見微知著，我們完全可以通過證明ΔEP(BC)與ΔEK(BC)相等來驗證機械能守恒定律，至少可說明BC過程機械能守恒.
總而言之，要改善中學物理教學現(xiàn)狀，培養(yǎng)思想活躍、有創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的跨世紀人才，即需中學教育工作者的切實努力，也需全國高考的積極正確導向.
物理實驗研究設計方案2
一、實驗名稱：乒乓球在物理教學中的應用
二、實驗設計思路：
隨著新課程的改革,要改革傳統(tǒng)的實驗設計理念,通過全新的實驗教學,提高學生的觀察能力,探究能力和創(chuàng)新意識。
這就要求我們充分利用身邊的物體,巧妙的設計實驗,提高學生的學習興趣。
基于此，我想到了可以把乒乓球運用到我們物理實驗中來，像為國爭光一樣為我們物理課堂增光添彩。
三、探究實驗：
探究實驗一：球體直徑的測量
利用乒乓球，直尺，兩塊長方體木塊來測量乒乓球的直徑。
具體方法是：把乒乓球放在兩塊長方體木塊中間，直尺和長方體木塊垂直，記下兩木塊間的距離，并轉動乒乓球的不同方向再測量幾次，求出平均值，這樣測得直徑較為準確。
這個實驗不僅能讓學生學會利用刻度尺測量物體長度，還能讓學生學會測量其它球形物體直徑的方法，同時也提高了學生的興趣。
探究實驗二：聲音是由于物體振動產生的
利用乒乓球粘上一根細線，讓掛在細線下的乒乓球接觸正在發(fā)聲的音叉，發(fā)生的音叉又會迅速把乒乓球彈開，但乒乓球在重力作用下又會回落，并再次與音叉接觸，發(fā)生的音叉又把乒乓球彈開。
該實驗的特點是能見度高，全班的每位同學都能清楚地觀察到實驗的全過程。
同時實驗的趣味性也比較強，學生感覺新穎、奇特，能激發(fā)學生學習的動力。
探究實驗三：氣體的熱脹冷縮
在講到溫度計的原理時，需要介入熱脹冷縮的知識，盡管有的同學可能知道這一現(xiàn)象，但如果有一現(xiàn)象明顯的實驗來驗證，效果就更好了。
方法很簡單，將一踩癟的乒乓球，放在熱水里，里面的氣體由于溫度升高，體積膨脹，會使乒乓球復原。
證明了氣體的熱脹冷縮的特點。
探究實驗四：物體具有慣性
在講到慣性時，將乒乓球放在硬紙片上，用力打紙片，紙片飛出，乒乓球留在原處，是因為乒乓球具有慣性，原來是靜止的，還要保持原來靜止狀態(tài)，所以還會留在原處。
探究實驗五：分離密度不同的物質的方法
將乒乓球和玻璃球埋入裝有米的大燒杯中，搖晃燒杯，過一段時間，乒乓球從米中“跑”出來。
原因就是乒乓球的密度比米小，能上來，此規(guī)律能用于分離密度不同的物質。
這個實驗簡單易做，現(xiàn)象明顯，還能引起學生的興趣。
探究實驗六：證明大氣壓強的存在
在礦泉水瓶中裝滿水，用乒乓球蓋嚴瓶口，手按住乒乓球把瓶子倒過來，放開手后水不會流出來乒乓球也不會下落。
此實驗說明了大氣壓強的存在，直觀形象、生動有趣，比用任何語言描述效果都要好。
探究實驗七：流體壓強與流速的關系
在一漏斗下放一乒乓球，手放開，乒乓球由于重力的作用而下落，如果從上往下不斷的向下吹氣，可看到乒乓球不落下。
這一實驗說明了流體流速越快的位置壓強越小，上部壓強小，下部壓強大，所以乒乓球不會落下。
另外還可以將乒乓球放在一燒杯中，對著燒杯口吹氣，會發(fā)現(xiàn)乒乓球從燒杯中跳起來，跳入另一燒杯中，此實驗也充分證明了流體流速越快的位置壓強越小。
探究實驗八：演示浮力的方向總是豎直向上的
學生對浮力的方向是向上的很容易理解，但對于總是豎直向上的理解有一定困難，為了突破這一難點，我設計了一個實驗：向燒杯中注水會發(fā)現(xiàn)沾有細線的乒乓球浮起，此時細線與水平面垂直，說明浮力方向是豎直向上的，當我傾斜燒杯時細線仍然豎直，說明浮力方向總是豎直向上的。
探究實驗九：浮力產生的原因
將一只塑料可樂瓶剪去底部(瓶頸的截面直徑略小于乒乓球的直徑)。
如圖甲把一只乒乓球放在瓶內，從上面倒入水，觀察到有少量水從乒乓球與瓶頸縫隙中流出，但乒乓球并不上浮，直到水倒?jié)M后，乒乓球還沉在水底并沒有浮起來，因為乒乓球下部沒有水，所以沒有受到水對其向上的壓力，只有水對乒乓球豎直向下的壓力，所以乒乓球始終沉在水底。
如乙圖當用手指堵住瓶頸的出水口，使水慢慢流下并注滿玻璃管后，由于乒乓球的下部有了水，所以受到了向上的浮力，由于乒乓球所受浮力大于其自身重力，所以乒乓球上浮。
該實驗的特點是簡單、醒目、趣味性強。
探究實驗十：機械能的轉化
1、把乒乓球系上細線做成單擺，分析運動過程中的能量轉化。
勢能→動能→勢能
2、將乒乓球從一定高度自由下落，乒乓球下落與地面撞擊又被彈起。
整個過程中乒乓球的重力勢能轉化為動能又轉化為彈性勢能又轉化為動能又轉化為重力勢能……觀察分析動能與勢能之間的轉換。
探究實驗十一：電荷間的相互作用
將兩個乒乓球用細線懸掛起來，用毛皮摩擦過的橡膠棒接觸，它們會被吸引，說明帶電體能吸引輕小物體，再用毛皮摩擦過的橡膠棒同時接觸兩個乒乓球，使兩個乒乓球帶上同種電荷，仔細觀察它們在同種電荷情況下的運動情況，得出結論。
乒乓球的這些實驗看著簡單，卻給物理教學增添了許多生機與活力。
只要我們能留心觀察加以應用，就能培養(yǎng)初中學生對物理學的感性認識，激發(fā)學生學習物理的興趣，活躍課堂氣氛，激發(fā)學生課后小制作、小發(fā)明。
通過觀察、測量、分析、綜合、歸納和演繹等，增強學生動手和動腦能力，提高他們的創(chuàng)新能力、培養(yǎng)他們創(chuàng)新意識。
物理實驗研究設計方案3
一、實驗名稱：測量紙片下落的速度
二、實驗設計思路：
實驗“測量紙片下落的速度”所提供的實驗器材有卷尺、秒表、紙片，但是采用這些實驗器材總是發(fā)現(xiàn)紙片在下落的過程中忽左忽右的飄，
下落的路線不是直的，容易碰到課桌或其它的物體而改變路線。我就想找一種東西來代替它，起初想用氣球，但發(fā)現(xiàn)更難控制路線，而且氣球太大，
放在實驗桌上會引起學生的無意注意。后來想這種東西應該還是用紙來做，因為如果采用鐵球等密度較大的東西做實驗的話，由于下落的時間太短無法測量下落時間，
或者是測量出來的時間誤差太大。最后和同學們一起討論想到用小時候玩過的三個紙條組成的“紙錐”來替代原來的紙片。而且下落的時間可以通過秒表測出(由于實驗室沒有足夠多的卷尺，可以利用人的身高這個已知條件，此時下落的時間大約是1.2秒)。
三、實驗目的：
學會測量運動物體的速度。
四、實驗所涉及的科學道理：
測量紙片(改成“紙錐”)下落的速度這個實驗利用的實驗原理是速度公式。把紙片改成“紙錐”，主要考慮它在下落時由于下部的形狀不同，空氣的流速也不相同，
根據“在流體中，流速越大的地方壓強越小”(伯努利原理)，會產生壓力差，導致“紙錐”下落時會順時針或者逆時針旋轉(具體旋轉的方向是由安裝時的順序決定的)。
五、實驗操作步驟：
(1)實驗前要測量出同學的身高，作為“紙錐”下落的高度s，記錄在實驗表格。
(2)一位同學把30～50厘米長的刻度尺平放在自己的頭頂，另一個同學按照這樣的高度自由釋放“紙錐”，同時開始記時，記下“紙錐”落地時所用的時間t，記錄在實驗表格。
(3)重復上述步驟兩次。
(4)根據速度公式計算出“紙錐”三次下落的速度，并計算出平均值。
六、實驗裝置或照片：
學生可以自制“紙錐”(剪三個完全相同的左右的紙條，把每個紙條對折一次，然后連環(huán)套在一起，如圖1所示，把三個“腳”向外抽緊，如圖2所示)
七、實驗所用器材：
“紙錐”一個，30～50厘米長的刻度尺一把，秒表一只。
八、實驗效果以及其他需要說明的問題：
實驗效果：2005年12月14日前后在南京樹人國際學校初二十二個班級中施教效果很好，解決了原來所用紙片下落不穩(wěn)、路線不是直線，路程無法測量的缺點，而且實驗器材制作方便、成本低廉、操作簡單、學生感興趣。
后來在鼓樓區(qū)其他學校初二物理教學中得到進一步的檢驗，各位同行一致反應較好。具有較大的推廣使用價值。
說明：在制作“紙錐”時需要用硬度不要太大、密度較小的紙張，學生課堂練習紙最佳。可以選擇高個子同學的身高作為“紙錐”的下落高度，這樣可以增加下落時間，減小時間測量上的誤差，
但是會導致矮個子同學很難判斷刻度尺是不是水平的;用矮個子同學身高作為“紙錐”下落的高度，可以最大程度的使刻度尺保持水平，但是會使下落時間變短，這樣測量的高度準確了，
但是下落時間的測量誤差會增大。這樣的分析過程可以通過學生的討論完成。
【物理實驗研究設計方案】相關文章：
初中物理實驗設計方案10-01
物理實驗室設計方案10-07
高中物理實驗設計方案10-01
近代物理實驗教學改革的研究10-01
物理化學實驗教學體系研究論文10-08
初中物理-九年級物理教案實驗：研究電磁鐵12-28
物理實驗心得12-01
物理實驗在物理教學中的地位10-08