中学物理实验目录(精选8篇)
声光学光的直线传播 —— 激光演示器
凸透镜成像 —— 凸透镜成像规律+凸透镜成象1、2 —— 研究凸透镜成像
(一)、(二)
平面镜成像 —— 探究平面镜成像规律
热力学托盘天平的使用 —— 天平的构造和使用方法
阿基米德原理 —— 探究物体所受浮力大小与物体排开液体重力的关系。
长度的测量 —— 使用刻度尺测出小滑块的长度
不同物质质量与体积的关系 —— 同体积的不同物质的质量比较
温度计的使用 —— 学习使用常用液体温度计,培养估测温度的能力。
酒精灯的使用 —— 酒精灯与用酒精灯加热
低温现象:液氮的使用 —— 鱼池缺氧现象与增氧方法
弹簧测力计的使用 —— 会正确使用弹簧测力计测量重力、滑动摩擦力的大小。
刻度尺测长度 —— 用刻度尺测长度
研究压强 —— 研究液体的压强
测水的温度 —— 用温度计测水的温度
液体的量取
测力 —— 用弹簧秤测量力
体积的测量 —— 使用量筒测出小金属块的体积
实验室制取蒸馏水 ——实验室制取少量蒸馏水
测质量 —— 用天平称固体和液体的质量
测量液体的密度 —— 使用天平和量筒测量物质的密度
压力压强 —— 研究压力的作用效果与哪些因素有关。
杠杆的平衡条件 —— 探究杠杆的平衡条件。
测滑轮组机械效率 —— 实际测量滑轮组提升不同重物时的机械效率
分子运动的演示
电学实验触电新闻3+触电新闻4+雷电劈树+跨步电压触电+跨步电压触电(动画)测功率 —— 测定小灯泡的功率
电磁感应 —— 探究感应电流产生的条件;探究感应电流的方向与哪些因素有关。+ 电磁感应例题 + 电磁感应2、3、4 测电流 —— 用电流表测电流
测量小灯泡的电阻 —— 测量小灯泡工作时,灯丝的电阻。
磁场分布+通电螺旋管的磁场1+电与磁电生磁通电螺旋管的磁场+电弧4+电弧1
电铃是怎样工作的电磁继电器与自动控制
变压器原理和理想变压器
直流电动机工作原理
电流跟电压的关系 —— 电阻上的电流跟两端电压的关系:当电阻一定时,通过电阻的电流与两端电压的关系。电磁继电器
连接串联和并联电路 ——练习串、并联电路的连接,并归纳出开关的作用。
串联和并联电路的电压规律 —— 使用电压表测量电压,并归纳串、并联电路中的电压规律。
测量小灯泡的电功率 —— 测量小灯泡在不同电压下的电功率。
测电压 —— 用电压表测电压:测干电池的电压
高压输电
发电机工作原理+发电机工作原理1
欧姆定律 —— 电流跟电压、电阻的关系
电磁铁影响电磁铁磁性强弱的因素+电磁铁磁性强弱跟哪些因素有关1
测电阻 —— 用电压表和电流表测电阻
装配直流电动机模型
电磁铁及应用
串联和并联电路的电流规律 —— 使用电流表测量电流,并归纳出串、并联电路中的电流规律。
奥斯特实验
一、中学物理实验教学的形式
1. 演示实验教学法
实验演示是中学物理实验教学中最基本的组成环节, 教师在进行实验操作前以及实验操作过程中, 要注重物理实验知识点的适当设疑、解惑以及知识点的融会贯通, 给学生的系统思考以启发, 给学生对物理现象的观察与猜想以科学的引导。演示实验包括以下四种形式:
(1) 引入性的演示实验。实验只提问题不进行回答 (结论) 。对于难理解的课题, 为引起学生重视, 用演示实验构造悬念, 提起学生的兴趣。
(2) 探索性的演示实验。对很难理解的理论推导出的概念和规律, 最好采用探索性演示实验的方式。
(3) 验证性的演示实验。用推理的方法推导新知识, 提出假设和理想模型, 检验理论的正确性, 通过实验来加以验证。
(4) 加深应用概念规律的演示实验。这种实验已经成为巩固理论、纠正错误观点和训练思维的有效途径。
2. 随堂实验教学法
随堂实验是教师根据教学内容的特点, 指导学生的教学活动, 师生各用一套仪器分别动手做实验, 台上台下相呼应, 用自己动手进行实验的方式去获取新知识并形成技能的课堂实验教学过程。
在中学物理实验教学过程中, 要让学生学会自主学习、积极探究、勇于创新, 让学生学会自己发现问题、自己设计实验方案、自己解决问题, 使学生能够真正地参与到物理实验的理论探究中来, 这是适应学生特性、回归科学发展本质的一种基本的教学手段。
3. 分组实验教学法
分组实验指教师用整节课的时间让学生在实验室中进行独立操作的实验, 实验中学生规范地进行实验, 培养实验技能和“活化”所学知识。分组实验教学主要有以下形式:
(1) 探索性分组实验教学。探索性分组实验是让学生自己通过实验观察、测量, 研究总结出物理规律的实验。
(2) 验证性分组实验教学。搞好验证性分组实验教学的关键有两条:一是使学生认识验证的必要性;二是使学生学习验证理论的基本方法。
二、中学物理实验教学设计中需要注意的问题
中学物理实验的设计是对学生物理实验知识以及物理实验能力的综合锻炼。中学物理实验教学设计中有以下问题需要注意:教师首先要为学生提供一个便于进行问题探究的教学氛围, 通过在实验过程中设置各种问题情境, 指导学生去积极探究新的物理情境和已学过物理知识的问题之所在。教师应当仅仅在旁边充当“引导者”的角色, 因势利导, 让学生明白怎样的问题是有价值的, 对学生提出的一些没有学术价值或者与所要学习理论大相径庭的问题, 不要急着进行否定, 而是要积极地引导与鼓励。而如果太急于得到物理实验的结论, 过早地给学生讲解所谓的正确实验方法, 让学生“依葫芦画瓢”, 就失去了物理学科进行科学探究的重要意义。
三、中学物理实验教学应注意的事项
进行中学物理实验教学的教师应该认清这一事实:虽然探究式的学习手段在开始的时候会比较耗时, 但是由于学生对相关物理知识的理解比较深刻, 因此, 学生在后续的学习过程中可以只花费较少的时间用于反复巩固所学知识。中学物理教师不要太讲究“效率”, 而淡化了知识获取的过程。避免中学物理探究性实验的设计过于程序化、制式化。探究性教学只不过是一种回归儿童少年天性和科学发展本性的教育追求, 只要从这一基本点出发, 就没有理由去神化探究活动, 也就没有必要去死扣一堂课是否完整地经历了探究教学的几个环节, 在每一个环节中, 学生是否达到了自主探究的目的, 也没有意义去追求学生在程序上以及形式上去重复科学家的发现历程, 关键是进行探究活动的质量。探究性物理实验教学的设计应当挖掘实验本身具有探究意义的因素。
参考文献
[1]陶宏义.新课程标准下中学物理教学的思考[J].湖北师范学院学报 (自然科学版) , 2009 (1) .
一、试题分析
1. 试题再现
某同学利用图1(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆),可供选择的器材有:电阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值50 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值5 000Ω),直流电源E(电动势3 V),开关1个,导线若干。
图1
实验步骤如下:
①按电路原理图1(a)连接线路;
②将电阻箱阻值调节为0,将滑动变阻器的滑片移到与图1(a)中最左端所对应的位置,闭合开关S;
③调节滑动变阻器,使电压表满偏;
④保持滑动变阻器滑片的位置不变,调节电阻箱阻值,使电压表的示数为2.00 V,记下电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)实验中应选择滑动变阻器 (填“R1”或“R2”)。
(2)根据图1(a)所示电路将图1(b)中实物图连线。
(3)实验步骤④中记录的电阻箱阻值为630.0 Ω,若认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,计算可得电压表的内阻为________Ω(结果保留到个位)。
(4)如果此电压表是由一个表头和电阻串联构成的,可推断该表头的满刻度电流为________(填正确答案标号)。
A. 100 μA B. 250 μA C. 500 μA D. 1 mA
2. 试题特点
本题不是教材的实验,也不是考纲中明确要求的实验.该试题给出了实验电路图和实验步骤。要求考生从电路图和实验步骤出发,结合实验目的进行有效分析,从而找出实验原理、操作原理,进而发现实验设计原理,解决实际问题。从知识上看,本题在符合学生的认知水平和思维能力的基础上考查了学生实验品质的深刻性、灵活性。
实验设计中恰当地融入了典型物理科学方法的要素.实验整体构思具有一定的创新性,将探究过程和探究方法隐含在试题的分析和解答过程中,学生在遇到认知冲突时,运用“发现问题—提出假设—分析论证—得出结论”的思维探究过程解决问题,充分体现了实验在发展学生的实验探究能力和提高学生科学素养方面的重要价值。
3. 在实验过程中融入科学的方法
在实验设计与实施的过程中,融入了控制变量和误差分析的思想.此题从表面上看是串联分压的知识,没有误差分析,但是在实际实施过程中,对误差的认知程度对实验原理的理解起到了至关重要的作用。可见,任何一个实验的设计都离不开科学思想和方法,更离不开对误差的认知。这样的试题有利于检验学生是否真正理解了实验的要素和真谛;有利于检验学生是否真正掌握了科学探究的原则和方法;有利于检验学生是否真正具备了良好的科学品质和辩证的科学思维能力。
二、学生面临的困惑与暴露的问题
1. 原理分析上的困惑
试题采用的是半偏法,由于不是大纲明确要求的方法,很多考生没能很好地论证出隐藏的误差分析.题设步骤④中认为调节电阻箱时滑动变阻器上的分压不变,很多考生不能很好地理解出:在滑动变阻器采用分压接法供电,并且其阻值比用电部分阻值小很多时,即使用电部分阻值发生一定的变化,供电电压却几乎不变。
2. 实物连线暴露的问题
实物连线是对实际操作的间接考查.考生暴露出的问题主要体现在两个方面:一是将分压供电连成了限流方式;二是没有将导线接在实物的接线柱上。
三、对中学电学实验教学的启示
细心的教师都会发现,这两年的高考物理实验试题不拘泥于教材和考纲,而是更加注重挖掘实验内隐的知识和方法。但从学生所面临的困惑与暴露的问题上看,我们平时的实验教学是存在着一定问题和不足的。如:按部就班地完成教材实验,不去体会知识和实验中所蕴含的思想和方法;不做完善的误差分析;不给学生自主的思维空间;不让学生进行实际操作等。这些做法既降低了学生学习实验的积极性,又难以提升学生的实验能力和探究能力,更不利于学生科学素养的全面发展。从这两年的实验试题来看,实验试题的考查点正是实验教学中应重视的点,因此物理教师在进行实验教学时,除做好常规实验之外,还应合理挖掘教材实验所包涵的方法和思维方式,帮助学生逐渐形成科学、合理的实验理念,逐步渗透物理实验思维。以下是几点建议:
1. 紧抓教材,深挖原理和思维方法
教材中明确要求的实验有:描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属丝的电阻率、测电源的电动势和内阻等。我们要利用这些实验让学生深刻理解实验原理、误差分析、优劣对比,让学生懂得合理取舍、明白实验的简洁性与合理性,让学生的思维灵活起来。
比如在电学实验中,确定电流表的内接外接,很多教师会直接给出结论:当R2 很多设计性电学实验都需要选择实验器材,这是学生的薄弱环节。而实验器材的选择就是要依据实验原理,抓住主要因素,忽略次要因素,对结果做出大概推断或估计的辩证过程。如果我们在教学中能够重视这些能力的培养,就会事半功倍,问题也就迎刃而解了。
教材中的实验内容蕴含相关的方法,也含有完成实验必须的条件以及影响实验结果的相关因素,教师应深层次开发这些,让学生明白一些条件和方法的必要性,让学生了解如何选择条件和方法,让学生体验方法和条件对完成实验的重要性。如此,学生才会在遇到问题的时候自然地关注条件和方法,并且会根据实验目的来确定适当的条件和方法,从而提高实验能力。以上所述内容,教材中给了足够的空间,因此我们必须紧抓教材,培养学生的基本实验素养。
2. 不囿于教材,让学生动起脑来
高考大纲中对实验能力的要求是:①能独立完成表中所列的实验,能明确实验目的,能理解实验原理和方法,能控制实验条件,会使用仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据并得出结论,会对结论进行分析和评价;②能发现问题、提出问题并制订解决方案;③能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题,包括简单的设计性实验。
这几个方面的能力要求不是孤立的,着重对某一种能力进行考查的同时在不同程度上也考查了与之相关的其他能力。同时,在应用某种能力处理或解决具体问题的过程中也伴随着发现问题、提出问题的过程。因而高考对考生发现问题、提出问题等探究能力的考查渗透在对以上各种能力的考查中。
高中电学实验的核心可大致分为测量未知电阻的阻值,测量电流表、电压表的内阻等,为了提升学生的实验素养,我们可以发散的问题形式,放飞学生的思维。如提出设问:你有多少种测量未知电阻的阻值的方法,在什么条件下才能使用?让学生明白,同样的实验目的可以通过不同的实验原理来实现,实验原理不同,实验方案也就不同。教师在教学中不能只局限于课本上的实验原理,而应带领学生开阔思路、发散思维。只有教师在日常教学中坚持从实验原理入手,带领学生进行实事求是的分析,学生才能在遇到问题时处变不惊,应对自如,在提高实验能力的同时养成善于思考的好习惯。
3. 切忌纸上谈兵,让学生动起手来
由于受实际条件的制约,高考不能直接考查实验操作,导致教师在教学中产生懒惰心理,很多实验都靠讲授,多数实验都是纸上谈兵,进而导致学生只会死记硬背,脱离了物理学习的正常轨道。这不仅抑制了学生的动手能力,还增加了学生理解实验的困难。
如滑动变阻器的分压和限流两种接法:若滑动变阻器的总阻值小于用电部分的阻值,则通常选用分压接法.从理论上分析学生接受起来较为困难,但通过实验观察就十分直观。所有的实验方案可行与否,都可以以实验现象为依据,直观易懂、印象深刻。教师要提高的不仅仅是学生的成绩,更是学生的能力。
物理实验的学习步骤和方法
中学物理实验是培养学生科学的观察、实验能力,科学的思维、分析和解决问题能力的主要课程之一。正向李政道先生所说的那样:“教物理重要的是让学生懂道理……”根据中学物理教学的目的和教学大纲的基本要求,在中学物理实验的教学过程中应使学生在科学实验的基本方法上有一个实在的感受,从而培养他们的探索精神和创造性,并受到科学方法的教育。
1.实验设计
为使实验达到预期的目的,必须明白为什么要做这个实验,做这个实验是要解决现实技术问题、知识问题,还是要探索一下教材中将要出现的物理现象等等。解决实际问题的是什么样的,探索书中的知识问题时,应当明白是哪一个问题及什么现象。目的明确,是实验成功的前题。
设计实验的基本方法归纳为下面几种:
(1)平衡法。用于设计测量仪器。用已知量去检验测量另一些物理量。例如天平、弹簧秤、温度计、比重计等。
(2)转换法。借助于力、热、光、电现象的相互转换实行间接测量,例如打点计时器的设计,电磁仪表、光电管的设计等。
(3)放大法。利用迭加,反射等原理将微小量放大为可测量,例如游标尺、螺旋测微器、库仑扭秤、油膜法测分子直径等。
2.探索性实验的选题
学生探索性实验,并不是去揭示尚未认识的物理规律。而是在经历该实验的全过程之后,对探索性实验有一个实在的感受,掌握探索未知物理规律的基本方法。
探索性实验的选题应与学生的知识水平和学习任务相适应。在选题方面应注意到以下几点:
(1)根据中学生学到的数学知识和在实验时间上的限制,实验结果的经验公式以一次线性为宜。如:
①线性关系:Y=a+bx ②反比关系:Y=a+b/x ③幂关系:Y=axb 改直:logy=loga+blogx ④指数关系: Y=aexp(bx)改直:Iny=Ina+bx 以上各式中x为自变量,y为应变量,同时又是被测量,a、b为常数。(2)两个被测量之间的变化特征具有较强的可观察性。(3)经验公式的理论分析不宜过于复杂。3.物理实验的操作方法
操作能力,主要是指基本仪器的使用和数据的读出,仪器、设备的组装或连接,故障的排除等三个方面。
(1)基本仪器的作用。中学物理实验涉及的基本测量仪器有:米尺、卡尺、螺旋测微器、天平、停表、弹簧秤、温度计、气压计、安培计、伏特计、变阻箱、万用表、示波器。
使用基本测量仪器的规范要求是:
①了解测量仪器的使用方法,明确测量范围允许极限和精密程度; ②对某些仪器如电表等,在使用前,必须调节零点,或记下零点误差; ③牢记使用规则和操作程序; ④正确读取数据。
1、托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验
在20世纪初的一段时间中,人们逐渐发现了微观客体(光子、电子、质子、中子等)既有波动性,又有粒子性,即所谓的“波粒二象性”。“波动”和“粒子”都是经典物理学中从宏观世界里获得的概念,与我们的直观经验较为相符。然而,微观客体的行为与人们的日常经验毕竟相差很远。如何按照现代量子物理学的观点去准确认识、理解微观世界本身的规律,电子双缝干涉实验为一典型实例。
杨氏的双缝干涉实验是经典的波动光学实验,玻尔和爱因斯坦试图以电子束代替光束来做双缝干涉实验,以此来讨论量子物理学中的基本原理。可是,由于技术的原因,当时它只是一个思想实验。直到1961年,约恩·孙制作出长为50mm、宽为0.3mm、缝间距为1mm的双缝,并把一束电子加速到50keV,然后让它们通过双缝。当电子撞击荧光屏时显示了可见的图样,并可用照相机记录图样结果。电子双缝干涉实验的图样与光的双缝干涉实验结果的类似性给人们留下了深刻的印象,这是电子具有波动性的一个实证。更有甚者,实验中即使电子是一个个地发射,仍有相同的干涉图样。但是,当我们试图决定电子究竟是通过哪个缝的,不论用何手段,图样都立即消失,这实际告诉我们,在观察粒子波动性的过程中,任何试图研究粒子的努力都将破坏波动的特性,我们无法同时观察两个方面。要设计出一种仪器,它既能判断电子通过哪个缝,又不干扰图样的出现是绝对做不到的。这是微观世界的规律,并非实验手段的不足。
2、伽利略的自由落体实验
伽利略(1564—1642)是近代自然科学的奠基者,是科学史上第一位现代意义上的科学家。他首先为自然科学创立了两个研究法则:观察实验和量化方法,创立了实验和数学相结合、真实实验和理想实验相结合的方法,从而创造了和以往不同的近代科学研究方法,使近代物理学从此走上了以实验精确观测为基础的道路。爱因斯坦高度评价道:“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一”。
16世纪以前,希腊最著名的思想家和哲学家亚里斯多德是第一个研究物理现象的科学巨人,他的《物理学》一书是世界上最早的物理学专著。但是亚里斯多德在研究物理学时并不依靠实验,而是从原始的直接经验出发,用哲学思辨代替科学实验。亚里斯多德认为每一个物体都有回到自然位置的特性,物体回到自然位置的运动就是自然运动。这种运动取决于物体的本性,不需要外部的作用。自由落体是典型的自然运动,物体越重,回到自然位置的倾向越大,因而在自由落体运动中,物体越重,下落越快;物体越轻,下落越慢。
伽利略当时在比萨大学任职,他大胆地向亚里斯多德的观点挑战。伽利略设想了一个理想实验:让一重物体和一轻物体束缚在一起同时下落。按照亚里斯多德的观点,这一理想实验将会得到两个结论。首先,由于这一联结,重物受到轻物的牵连与阻碍,下落速度将会减慢,下落时间将会延长;其次,也由于这一联结,联结体的重量之和大于原重物体;因而下落时间会更短。显然这是两个截然相反的结论。
伽利略利用理想实验和科学推理,巧妙地揭示了亚里斯多德运动理论的内在矛盾,打开了亚里斯多德运动理论的缺口,导致了物理学的真正诞生。
人们传说伽利略从比萨斜塔上同时扔下一轻一重的物体,让大家看到两个物体同时落地,从而向世人展示了他尊重科学,不畏权威的可贵精神。
3、罗伯特·密立根的油滴试验
很早以前,科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到,也可以通过摩擦头发得到。18,英国物理学家托马斯已经得知如何获取负电荷电流。19美国科学家罗伯特·密立根(1868—1953)开始测量电流的电荷。
他用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别放有一个通正电的电极和一个通负电的电极。当小油滴通过空气时,就带了一些静电,它们下落的速度可以通过改变电极的电压来控制。当去掉电场时,测量油滴在重力作用下的速度可以得出油滴半径;加上电场后,可测出油滴在重力和电场力共同作用下的速度,并由此测出油滴得到或失去电荷后的速度变化。这样,他可以一次连续几个小时测量油滴的速度变化,即使工作因故被打断,被电场平衡住的油滴经过一个多小时也不会跑多远。
经过反复试验,密立根得出结论:电荷的值是某个固定的常量,最小单位就是单个电子的带电量。他认为电子本身既不是一个假想的也不是不确定的,而是一个“我们这一代人第一次看到的事实”。他在诺贝尔奖获奖演讲中强调了他的工作的两条基本结论,即“电子电荷总是元电荷的确定的整数倍而不是分数倍”和“这一实验的观察者几乎可以认为是看到了电子”。
“科学是用理论和实验这两只脚前进的”,密立根在他的获奖演说中讲道,“有时这只脚先迈出一步,有时是另一只脚先迈出一步,但是前进要靠两只脚:先建立理论然后做实验,或者是先在实验中得出了新的关系,然后再迈出理论这只脚并推动实验前进,如此不断交替进行”。他用非常形象的比喻说明了理论和实验在科学发展中的作用。作为一名实验物理学家,他不但重视实验,也极为重视理论的指导作用。
4、牛顿的棱镜分解太阳光
对光学问题的研究是牛顿(1642—1727)工作的重要部分之一,亦是他最后未完成的课题。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院,当时大家都认为白光是一种纯的没有其他颜色的光;而有色光是一种不知何故发生变化的光(亚里斯多德的理论)。1665—1667年间,年轻的牛顿独自做了一系列实验来研究各种光现象。他把一块三棱镜放在阳光下,透过三棱镜,光在墙上被分解为不同颜色,后来我们将其称作光谱。在他的手里首次使三棱镜变成了光谱仪,真正揭示了颜色起源的本质。1672年2月,牛顿怀着揭露大自然奥秘的兴奋和喜悦,在第一篇正式的科学论文《白光的结构》中,阐述了他的颜色起源学说,“颜色不像一般所认为的那样是从自然物体的折射或反射中所导出的光的性能,而是一种原始的、天生的性质”。“通常的白光确实是每一种不同颜色的光线的混合,光谱的伸长是由于玻璃对这些不同的光线折射本领不同”。
牛顿《光学》著作于17问世,其中第一节专门描述了关于颜色起源的棱镜分光实验和讨论,肯定了白光由七种颜色组成。他还给这七种颜色进行了命名,直到现在,全世界的人都在使用牛顿命名的颜色。牛顿指出,“光带被染成这样的彩条:紫色、蓝色、青色、绿色、黄色、橙色、红色,还有所有的中间颜色,连续变化,顺序连接”。正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光,如果你深入地看看,会发现白光是非常美丽的。
这一实验后人可以不断地重复进行,并得到与牛顿相同的实验结果。自此以后七种颜色的理论就被人们普遍接受了。通过这一实验,牛顿为光的色散理论奠定了基础,并使人们对颜色的解释摆脱了主观视觉印象,从而走上了与客观量度相联系的科学轨道。同时,这一实验开创了光谱学研究,不久,光谱分析就成为光学和物质结构研究的主要手段。
5、托马斯·杨的光干涉试验
牛顿在其《光学》的论著中认为光是由微粒组成的,而不是一种波。因此在其后的近百年间,人们对光学的认识几乎停滞不前,没有取得什么实质性的进展。18英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)向这个观点提出了挑战,光学研究也获得了飞跃性的发展。
杨在“关于声和光的实验与研究提纲”的论文中指出,光的微粒说存在着两个缺点:一是既然发射出光微粒的力量是多种多样的,那么,为什么又认为所有发光体发出的光都具有同样的速度?二是透明物体表面产生部分反射时,为什么同一类光线有的被反射,有的却透过去了呢?杨认为,如果把光看成类似于声音那样的波动,上述两个缺点就会避免。
为了证明光是波动的,杨在论文中把“干涉”一词引入光学领域,提出光的“干涉原理”,即“同一光源的部分光线当从不同的渠道,恰好由同一个方向或者大致相同的方向进人眼睛时,光程差是固定长度的整数倍时最亮,相干涉的两个部分处于均衡状态时最暗,这个长度因颜色而异”。杨氏对此进行了实验,他在百叶窗上开了一个小洞,然后用厚纸片盖住,再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过,并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1/30英寸的纸片把这束光从中间分成两束,结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这就是著名的“杨氏干涉实验”。
杨氏实验是物理学史上一个非常著名的实验,杨氏以一种非常巧妙的方法获得了两束相干光,观察到了干涉条纹。他第一次以明确的形式提出了光波叠加的原理,并以光的波动性解释了干涉现象。随着光学的发展,人们至今仍能从中提取出很多重要概念和新的认识。无论是经典光学还是近代光学,杨氏实验的意义都是十分重大的。爱因斯坦(1879—1955)指出:光的波动说的成功,在牛顿物理学体系上打开了第一道缺口,揭开了现今所谓的场物理学的第一章。这个试验也为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。
6、卡文迪许扭矩实验
牛顿的万有引力理论指出:两个物体之间的吸引力与它们质量的乘积成正比,与它们距离的平方成反比。但是万有引力到底多大?
18世纪末,英国科学家亨利·卡文迪什(1731—1810)决定要找到一个计算方法。他把两头带有金属球的6英尺长的木棒用金属线悬吊起来。再用两个350磅重的皮球分别放在两个悬挂着的金属球足够近的地方,以吸引金属球转动,从而使金属线扭动,然后用自制的仪器测量出微小的转动。
测量结果惊人的准确,他测出了万有引力的引力常数G。牛顿万有引力常数G的精确测量不仅对物理学有重要意义,同时也对天体力学、天文观测学,以及地球物理学具有重要的实际意义。人们在卡文迪什实验的基础上可以准确地计算地球的密度和质量。
7、埃拉托色尼测量地球圆周
埃拉托色尼(约公元前276一约前194)公元前276年生于北非城市塞里尼(今利比亚的沙哈特)。他兴趣广泛,博学多才,是古代仅次于亚里斯多德的百科全书式的学者。只是因为他的著作全部失传,今天才对他不太了解。
埃拉托色尼的科学工作极为广泛,最为著名的成就是测定地球的大小,其方法完全是几何学的。假定地球是一个球体,那么同一个时间在地球上不同的地方,太阳线与地平面的夹角是不一样的。只要测出这个夹角的差以及两地之间的距离,地球周长就可以计算出来。他听说在埃及的塞恩即今天的阿斯旺,夏至这天中午的阳光悬在头顶,物体没有影子,光线可以直射到井底,表明这时的太阳正好垂直塞恩的地面,埃拉托色尼意识到这可以帮助他测量地球的圆周。他测出了塞恩到亚历山大城的距离,又测出夏至正中午时亚历山大城垂直杆的杆长和影长,发现太阳光线有稍稍偏离,与垂直方向大约成7°角。剩下的就是几何问题了。假设地球是球状,那么它的圆周应是360°。如果两座城市成7°角(7/360的圆周),就是当时5000个希腊运动场的距离,因此地球圆周应该是25万个希腊运动场,约合4万千米。今天我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5%以内,即与实际只差100多千米。
8、伽利略的加速度试验
伽利略利用理想实验和科学推理巧妙地否定了亚里斯多德的自由落体运动理论。那么正确的自由落体运动规律应是怎样的呢?由于当时测量条件的限制,伽利略无法用直接测量运动速度的方法来寻找自由落体的运动规律。因此他设想用斜面来“冲淡”重力,“放慢”运动,而且把速度的测量转化为对路程和时间的测量,并把自由落体运动看成为倾角为90°的斜面运动的特例。在这一思想的指导下,他做了一个6米多长,3米多宽的光滑直木板槽,再把这个木板槽倾斜固定,让铜球从木槽顶端沿斜面滚下,然后测量铜球每次滚下的时间和距离的关系,并研究它们之间的数学关系。亚里斯多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的:铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例:两倍的时间里,铜球滚动4倍的距离。他把实验过程和结果详细记载在1638年发表的著名的科学著作《关于两门新科学的对话》中。
伽利略在实验的基础上,经过数学的计算和推理,得出假设;然后再用实验加以检验,由此得出正确的自由落体运动规律。这种研究方法后来成了近代自然科学研究的基本程序和方法。
伽利略的斜面加速度实验还是把真实实验和理想实验相结合的典范。伽利略在斜面实验中发现,只要把摩擦减小到可以忽略的程度,小球从一斜面滚下之后,可以滚上另一斜面,而与斜面的倾角无关。也就是说,无论第二个斜面伸展多远,小球总能达到和出发点相同的高度。如果第二斜面水平放置,而且无限延长,则小球会一直运动下去。这实际上是我们现在所说的惯性运动。因此,力不再是亚里斯多德所说的维持运动的原因,而是改变运动状态(加速或减速)的原因。
把真实实验和理想实验相结合,把经验和理性(包括数学论证)相结合的方法,是伽利略对近代科学的重大贡献。实验不是也不可能是自然观象的完全再现,而是在人类理性指导下的对自然现象的一种简化和纯化,因而实验必须有理性的参与和指导。伽利略既重视实验,又重视理性思维,强调科学是用理性思维把自然过程加以纯化、简化,从而找出其数学关系。因此,是伽利略开创了近代自然科学中经验和理性相结合的传统。这一结合不仅对物理学,而且对整个近代自然科学都产生了深远的影响。正如爱因斯坦所说:“人的思维创造出一直在改变的宇宙图景,伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的观点而用新的观点来代替它。这就是伽利略的发现的重要意义”。
9、卢瑟福散射与原子的有核模型
卢瑟福(1871—1937)在18发现了a射线。19卢瑟福在曼彻斯特大学做放射能实验时,原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”,即大量正电荷聚集的糊状物质,中间包含着电子微粒,但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的a射线微粒时有少量被弹回,这使他们非常吃惊。通过计算证明,只有假设正电球集中了原子的绝大部分质量,并且它的直径比原子直径小得多时,才能正确解释这个不可想象的实验结果。为此卢瑟福提出了原子的有核模型:原子并不是一团糊状物质,大部分物质集中在一个中心的小核上,称之为核子,电子在它周围环绕。
这是一个开创新时代的实验,是一个导致原子物理和原子核物理肇始的具有里程碑性质的重要实验。同时他推演出一套可供实验验证的卢瑟福散射理论。以散射为手段研究物质结构的方法,对近代物理有相当重要的影响。一旦我们在散射实验中观察到卢瑟福散射的特征,即所谓“卢瑟福影子”,则可预料到在研究的对象中可能存在着“点”状的亚结构。此外,卢瑟福散射也为材料分析提供了一种有力的手段。根据被靶物质大角散射回来的粒子能谱,可以研究物质材料表面的性质(如有无杂质及杂质的种类和分布等),按此原理制成的“卢瑟福质谱仪”已得到广泛应用。
10、米歇尔·傅科钟摆试验
1851年,法国著名物理学家傅科(1819—1868)为验证地球自转,当众做了一个实验,用一根长达67m的钢丝吊着一个重28kg的摆锤《摆锤直径0.30m),摆锤的头上带有钢笔,可观测记录它的摆动轨迹。傅科的演示说明地球是在围绕地轴旋转。在巴黎的纬度上,钟摆的轨迹是顺时针方向,30小时一周期;在南半球,钟摆应是逆时针转动;而在赤道上将不会转动;在南极,转动周期是24小时。
这一实验装置被后人称为傅科摆,也是人类第一次用来验证地球自转的实验装置。该装置可以显示由于地球自转而产生科里奥利力的作用效应,也就是傅科摆振动平面绕铅垂线发生偏转的现象,即傅科效应。实际上这等同于观察者观察到地球在摆下的自转。
初中力学经典实验
力学部分
实验一:天平测量
【实验器材】天平(托盘天平)。
【实验步骤】
1.把天平放在水平桌面上,取下两端的橡皮垫圈。
2.游码移到标尺最左端零刻度处(游码归零,游码的最左端与零刻度线对齐)。
3.调节两端的平衡螺母(若左盘较高,平衡螺母向左拧;右盘同理),直至指针指在刻度盘中央,天平水平平衡。
4.左物右码,直至天平重新水平平衡。(加减砝码或移动游码)
5.读数时,被测物体质量=砝码质量+游码示数(m 物=m 砝+m 游)
【实验记录】此物体质量如图:62 g
实验二:弹簧测力计测力
【实验器材】细线、弹簧测力计、钩码、木块
【实验步骤】
测量前:
1.完成弹簧测力计的调零。(沿测量方向水平调零)
2.记录该弹簧测力计的测量范围是 0~5 N,最小分度值是 0.2 N。
测量时:拉力方向沿着弹簧伸长方向。
【实验结论】如图所示,弹簧测力计的示数 F=1.8 N。
实验三:验证阿基米德原理
【实验器材】弹簧测力计、金属块、量筒、水
【实验步骤】
1.把金属块挂在弹簧测力计下端,记下测力计的示数F1。
2.在量筒中倒入适量的水,记下液面示数 V1。
3.把金属块浸没在水中,记下测力计的示数 F2 和此时液面的示数 V2。
4.根据测力计的两次示数差计算出物体所受的浮力(F 浮=F1-F2)。
5.计算出物体排开液体的体积(V2-V1),再通过 G水=ρ(V2-V1)g 计算出物体排开液体的重力。
6.比较浸在液体中的物体受到浮力大小与物体排开液体重力之间的关系。(物体所受浮力等于物体排开液体所受重力)
【实验结论】
液体受到的浮力大小等于物体排开液体所受重力的大小
实验四:测定物质的密度
(1)测定固体的密度
【实验器材】天平、量筒、水、烧杯、细线、石块等。
【实验步骤】
1.用天平测量出石块的质量为 48.0 g。
2.在量筒中倒入适量的水,测得水的体积为 20 ml。
3.将石块浸没在量筒内的水中,测得石块的体积为cm 3 。
【实验结论】
根据公式计算出石块的密度为 2400 kg/m 3 。
多次实验目的:多次测量取平均值,减小误差
(2)测定液体的密度
【实验步骤】
1.测出容器与液体的总质量(m总)。
2.将一部分液体倒入量筒中,读出体积 V。
3.测容器质量(m容)与剩余液体质量(m剩=m总-m容) 。
4.算出密度:ρ
实验五:物质质量&体积与那些因素有关
【实验器材】量筒、天平、水、体积不等的若干铜块和铁块。
【实验步骤】
1.用天平测出不同铜块和铁块的质量,用量筒测出不同铜块和铁块的体积。
2.要记录的物理量有质量,体积。
3.设计表格:
【实验结论】
1.同种物质,质量与体积成正比。
2.同种物质,质量和体积的比值相同。
3.不同物质,质量和体积的比值不同。
4.体积相同的不同物质,质量不同。
实验六:探究二力平衡的条件
【实验器材】弹簧测力计、一张硬纸板、细绳、剪刀等。
【实验步骤】
探究当物体处于静止时,两个力的关系;探究当物体处于匀速直线运动状态时,两个力的关系。
1.如图 a 所示,作用在同一物体上的两个力,在大小相等、方向相反的情况下,它们还必须在同一直线,这二力才能平衡。
2.如图 b、c 所示,两个力在大小相等、方向相反且在同一直线上的情况下,它们还必须在同一物体上,这二力才能平衡。
【实验结论】
二力平衡的条件: 1.大小相等(等大)2.方向相反(反向)3.同一直线(共线)4.同一物体(同体)
实验七:探究液体内部压强与哪些因素有关
【实验器材】U 形管压强计、大量筒、水、盐水等。
【实验步骤】
1.将金属盒放入水中一定深度,观察 U 形管液面高度差变大,这说明同种液体,深度越深,液体内部压强越大。
2.保持金属盒在水中的深度,改变金属盒的方向,观察 U 形管液面的高度差相同,这现象说明:同种液体,深度相同,液体内部向各个方向的压强都相等。
3.保持金属盒的深度不变,把水换成盐水,观察 U 形管液面高度差变化,可以探究液体内部的压强与液体密度(液体种类)的关系。
同一深度,液体密度越大,液体内部压强越大。
【注意】
在调节金属盒的朝向和深度时,眼睛要注意观察 U 形管压强计两边液面的高度差的变化情况。
在研究液体内部压强与液体密度的关系时,要保持金属盒在不同液体中的深度相同。
实验八:探究杠杆平衡的条件
【实验器材】带刻度的均匀杠杆、铁架台、弹簧测力计、钩码和细线等。
【实验步骤】
1.把杠杆的中点支在铁架台上,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,这样做的目的是方便直接在杠杆上读出力臂值。(研究时必须让杠杆在水平位置平衡后,才能记录实验数据)
2.将钩码分别挂在杠杆的两侧,改变钩码的位置或个数使杠杆在水平位置保持平衡。
3.所需记录的数据是动力、动力臂、阻力、阻力臂。
4.把钩码挂在杠杆上,在支点的同侧用测力计竖直向上拉杠杆,重复实验记录数据,需多次改变杠杆所受作用力大小,方向和作用点。(多次实验,得出普遍物理规律)
【实验结论】
杠杆的平衡条件是:当杠杆平衡时,动力×动力臂=阻力×阻力臂,若动力和阻力在支点的异侧,则这两个力的方向相同;若动力和阻力在支点的同侧,则这两个力的方向相反。
姓名:王振雨 班级:2013物理2 学号:201317030220
一、实验目的:
观察尖端放电产生的现象,加深了解尖端放电的知识。
二、实验仪器:
高压电源、蜡烛、电风吹焰仪
三、实验原理:
在静电平衡时,导体所带的电荷仅分布在导体的表面,且导体表面上的电荷分布于导体的表面形状有关;导体表面越尖锐的地方,聚集的电荷量越大,该处附近的电场强度也越强,在高压电场的作用下,尖端附近的空气中残存的少量离子做加速运动,那些被加速的离子与空气分子碰撞时,使空气分子电离,从而产生大量新的离子,与针尖上极性相反的离子被吸引到针尖上,与针尖上的电荷发生中和,极性相同的离子受到排斥而飞向远方,形成了“电风”。这就是导体的尖端放电现象。也就是这“电风”,把尖端附近的蜡烛火焰吹向了远离尖端的一边。而我们所听到的“吱吱”声,是由于高压电源产生的,说明我们需要在足够高的电压下才能完成实验,我们所感受到的静电现象,也就是“电风”里的离子运动形成的。当电压越来越高时,电风也会越来越大,到一定程度下就可以把烛焰吹灭。
四、实验演示:
一、教师对中学物理实验教学不够重视
长期的应试教育以及填鸭式的教育教学方式,使得教师在教学过程中往往以课本为主,忽视实验的重要性;以题海为主,忽视学生动手能力的培养.对于实验 教学的开 展趋于形 式,不能够很好地发挥实验教学 的作用,达不到预 期的教学 目的,实验教学的效率比较低.
二、中学物理实验教学模式缺乏创新,形式过于僵硬
中学物理教学实验是一个比较开放的学习平台,但在实际操作中并没有给学生太多 的操作空 间.以小组实 验教学为 例,虽然教材对于物理实验教 学的实验 目的、实验器 材、操作流程以及注意事项等做 了一些讲 述,但在实际 操作过程 中,教师容易忽略本校的实际情 况,如学生理 解能力的 差异、实验素 材和实验时间等条件的限制 等,而对教材 生搬硬套,在教学过 程中花大量时间对实验步骤、注 意事项等 教材内容 进行讲解.理解能力不同的学生只能按照教材和教 师讲述的 既定步骤 进行操作,取得相关数据,完成实验 ,许多学生并没有通过实验教学真正理解教学内容.与此同时,在有限的实验环境中,许多学生都是以班级为单位做着同一 个实验,在实验过 程中,由于时间 的限制,仍有少数学生只能在 旁边看别 人怎么操 作,不能动手 和留心观察,也不记录相关的实验数据,对于实验步骤一知半解,这就导致了部分学生虽然也能在规定 时间内得 出同样的 实验结果,但却没能从根本上了 解相关物 理现象的 原理,也没能认真思考实验的真正目的.
对于以上两种情况,本人认为应该从以下几个方面重点改进:
1.学校和教师 在 思 想 上 应 该 对 中 学 物 理 实 验 教 学 模 式 加以重视
中学物理实验教学模式作为一种互动性较强的教学模式,有利于素质教育的发展,也有利于对学生动手能力和思维拓展能力的培养,也能够大力培 养学生对 于物理的 学习兴趣,让他们参与到教学过程中,成为教学 的主体,有利于培 养学生的 动手能力和思维拓展能力.而且,中学物理 本身就是 一门以实 验和理论相结合的综合性学科,学科本身涉及许多抽象的物理现象.例如,物理教学中对于电流、磁场、力的认知等,这些教学板块在很大程度上需要借助实验对物理现象进行探究和剖析,因此学校和教师首先应该从思想上重视实验教学模式,改变其传统的教学观念,提高实验 教学模式 的效率,促进素质 教育的开展.
2.提高教师自身的素质
教师是整个实验教学的引导者,也是实验教学顺利进行的关键因素,对于提高实验教学的质量起着极其关键的作用.教师在实验教学过程中,本身就应该有着较强的教学素质,能够动手与理论相结合,能够发现实验教学存在的问题,并能够带动学生主动解决相关问题,同时教师还应该从教育学、心理学和教学法等方面提升自我能力.提高教师自身素质,一方面需要教师时刻保持学者的心态,不断探究和改进自己的教学方法,不断拓展自己的知识领域,另一方面还需要学校和社会对教师进行定期的培训和考核,尤其是物理教师在物理实验教学中对实验设计、实验测量操作技巧、改进实验、排除故障的创造性能力以及实验考核的命题能力等方面的培训.
3.将中学物理实验教学与学生实际生活相结合
物理现象与生活息息相关,许多生活中常见的器材和实验道具也能够成为物理实验教学的工具.例如,在大气压强的实验教学过程中,一个水杯和纸片便能够成为中学物理实验教学的关键器材,这有利于提高实验的利用率.另一方面,将生活作为课堂教学的第二课堂,有助于提高学生在生活和学习中发现问题和解决问题的能力,也能够使得他们在生活中主动去学习相关物理知识.例如,在物理学中常见的杠杆原理,学生就可以将其利用在生活当中,这样既可以拓展他们的视野,也有助于培养他们理论联系实际能力,更能够让他们在潜移默化中将获取物理知识作为一种生存手段和生活兴趣.
一、引导学生观察物理现象,激发学生的学习兴趣,培养他们的观察能力。
众所周知,兴趣是影响学习积极性的最直接的因素。那些新奇的、对生活有意义的知识和问题,能引起学生强烈的兴趣。在观察这些物理现象时,教师要引导学生注意整个现象发生的过程、产生条件和特征等。如在观察“摩擦起电”规象时,要提示注意:①手帕摩擦过的塑料膜对碎纸屑有什么作用?②手帕摩擦过的两块塑料膜,在相互接近时,会发生什么现象?③把用手帕和毛皮分别摩擦过的两块塑料膜靠近些,?它们之间会产生什么现象??通过观察,学生自己得出了“摩擦过的物体带电及同种电荷相斥,异种电荷相吸”的结论。通过对上述物理现象的观察,不仅成功地诱发了学生的学习兴趣,满足了学生的求知欲望,而且有利于发展学生的观察能力。
二、进行多项实验活动,建立立体交叉体系
物理实验教学的各个要素分为由课内到课外,由演示实验到学生自制教具和学具等六个方面。在实验中,我们把这六个要素进行综合分析,认为课堂教学、学生实验、教具学具的制做、小发明和小创造、实验竞赛、专题讲座六个要素组成的实验教学系统的总功能不是各个部门各自直接地、单独地体现出来的。而是通过它们之间的特殊联系间接地、综合地表现出来。例如,在《浮力》这一节的实验教学中,我们首先让学生自制学具——一个茶水杯,几块形状不相同的木块,一块铁皮。在课堂教学中,教师利用演示实验,调动学生的积极性,激发学生兴趣,并根据教学进度,不断提出问题,如,形状不同的物体受到的浮力相同吗?铁皮放在水里,它一定会沉入水底吗?同一物体分别放在水里、煤油里,它露在液面上的体积相同吗?等等。课堂提出问题,要求学生利用自制的学具在课外活动分小组进行实验,回答上面提出的问题。学生通过自己做实验得出正确的结论,兴趣很高,增添了学生积极进行实验的信心。在学完了这一节以后,教师还进一步提出,浮力在生活、生产中的运用有哪些?一千克的水能浮起二千克的物体吗?装在船里石头,卸一部分在水池子里,水面会上升吗?等问题。要求学生通过观察生活或自己动手回答问题。这样,通过课内、课外,演示实验和自己动手做实验的有机联系,学生既学到了物理知识,又会运用于生活,更重要的是培养了学生利用物理实验解决实际问题的能力。这些效果只有通过整体结构这个实验教学体系才能取得。单靠演示实验,学生实验在有限的时间内是难以达到的。因此,每个学期,根据教材进度制定教改方案,确定总体目标,建立配套的组织和确定专人负责。使各个部分为达到这个目的要求而采取相应的措施。从而发挥整体结构的优势。
三、以学生实验为主要内容,培养学生实事求是的学风、把课外活动纳入实验教学的范围是实验教学改革的重要环节
为了从多方面培养学生做物理实验的兴趣,在学生掌握了一些基本实验技能后,应按统一计划,组织好课外活动,配合课堂实验教学,具体措施,一是根據教材实验特点和青少年的心理要求,精心设计课外活动的内容。做到既注意内容和形式的统一,又注意活动的趣味性。保证两课的内在联系。二是抓好落实,一 学期的实验内容要事先确定,建立活动小组,安排好辅导老师,以保证课外活动经常化、制度化。例如:在学了光学后,指导学生自制望远镜、潜望镜等等。这样把课内和课外内容衔接好,课内课外就能相互补充。
此外,利用课外活动这块阵地,我们还举行了许多别开生面的专题讲座、专题答辩会、科技信息讲座、小制作、小发明等,对促进实验教学起到了很好的作用。
四、引导学生日制学具、教具,参加“小发明、小制做”活动,培养创造型人才
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