sy《物理教学论》实验绪论(11级-修改)-14.3.11.

物理教学论实验——中学物理实验技术及实验研究物信学院物理专业2011级本科班2014年春季教学内容目录绪论第一篇中学物理教学论实验概论（基本理论）第一部分中学物理实验技术及实验研究§⒈怎样认识物理实验仪器§2实验操作规范§3误差理论在物理实验教学中的运用§4物理实验的研究§5自制教具和学具的意义及其要求第二部分中学物理实验技术及实验研究实验一电磁打点记时器的调整及使用——利用打点计时器进行运动和力实验研究（P352）实验二演示电表的改装及应用（实验四P383）实验三静电演示实验与静电演示仪器研究（P367）实验四光学演示实验研究（实验五P426）实验五测定金属的电阻率（学生实验研究和设计P509）实验六开放自选中学物理力学演示实验研究绪论一、中学物理实验的重要性物理学是以实验为基础的科学。中学物理教学必须以实验为基础。这是由实验本身的特点及其在物理教学中的作用来决定的。⒈实验是物理学研究的基础（课本P136）（一）物理实验方法（课本P136）在人为控制条件下，运用仪器、设备，使物理现象反复再现，从而有目的地进行观测研究的一种方法。（二）物理实验在物理学研究中的主要作用（课本P136）⑴为发现物理规律提供丰富的感性材料；⑵检验物理理论，假设的正确性；⑶开拓物理学应用的新领域。⒉物理实验在教学中的重要性（课本P136）⑴实验是物理教学的基础，可以使学生获得感性认识，加深理解物理概念、规律，激发学习兴趣；⑵培养观察、实验能力，发展智力；⑶让中学生初步了解物理学的研究方法，培养中学生的科学态度和优良品质。(一)物理实验在教学中的主要作用（课本P136）：第一．可使学生获得丰富感性认识，加深学生对物理概念、原理和定律的理解，激发学生学习物理学的兴趣。第二．培养学生的观察、实验能力，和动手能力，培养学生的创新精神，发展学生的智力；第三．使学生初步了解和应用物理学的研究方法，进行科学探究；第四．培养学生的实事求是的科学态度和遵守纪律，爱护仪器的优良品质。(二)物理实验在教学中的重要性(1)物理实验能为学生学习物理提供符合认识规律的物理环境；(2)物理实验能培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知愿望；(3)物理实验是发展学生能力和使学生得到科学方法训练的重要途径；(4)物理实验有利于培养学生良好的道德素养、科学态度和科学作风；⒊中学物理实验的主要形式（课本P136）：a．演示实验b．探究性实验（边学边实验）c．分组实验d．课外实验二、作为一名中学物理教师，应当具备的实验教学素质：⒈物理实验技能方面的素质：①实验操作技能；②处理数据，完成实验报告的技能;③研究、改进实验和自制教具的初步技能。⒉实验教学方面的素质：①能根据教学要求，确定实验目的，选择合适的实验内容和实验教学形式。②在演示实验中能配合课堂讲授、引导学生观察、思考。③能在学生分组实验的预习、实验、完成实验报告三个环节中，进行恰当的组织引导工作；善于对学生进行实验技能训练并不断总结经验。④能组织好“探究性实验（边学边实验）”的教学活动。⑤能组织引导学生开展生动多样的课外实验活动。⑥为提高教学质量能设计或改进某些演示实验或学生实验。三、本课程的地位、性质和任务本课程是一门体现学科专业性和师范教育性有机结合的高师本科物理学科专业课程。学生通过本课程的学习和实验研究、实验技能训练，为中学物理实验教学实践和“教育实习”打下基础。本课程中学物理实验技术及实验研究的任务:初步掌握中学物理实验教学和实验研究的一般规律、基本方法和中学物理实验的基本技能，培养具有分析、处理和设计中学物理实验，选择教具、学具开展实验教学及探究式教学活动的能力。并训练具有一定的物理实验教学素质。①必要的基本实验技术的训练；②一些重要的难度大的演示实验和学生实验的研究；③实验教学素质的培养。实验内容及学时分配：实验项目名称（学时数）实验一打点计时器的调整和使用实验研究（3）实验二大型演示电表的改装及应用实验研究（3）实验三静电演示实验研究与静电仪器使用技能训练（3）实验四光学演示实验研究（实验五）（3）实验五测定金属的电阻率实验研究与设计（3）实验六开放自选中学物理力学演示实验研究（3）第一部分中学物理实验教学概论（基本知识）§⒈怎样认识物理实验仪器（P3）一、量具仪表的精密度、准确度、精度⒈关于量具仪表的精密度（P3）量具仪表的精密度：指量具仪表的最小分度值。精密度是决定测量随机误差的主要因素之一。⒉关于量具仪表的准确度（P4）量具仪表的准确度:指其在规定的使用条件下工作时的基本误差（额定最大相对误差）。准确度反映系统误差的大小。其意义是，当仪表的量程为Xm时，其最大绝对误差为△Xmax，额定最大相对误差（基本误差%）为：δXmax=△Xmax/Xm×100%=K%（K为仪表的级别数）（1.1）⒊关于量具的仪表的精度（P5）精度是个泛指名词，即包含精密度也包含准确度，主要看系统误差和随机误差谁起主导作用量具仪表的精度可能与精密度或准确度有关，也可能不同于这两个概念。如天平的精度级别：以感量与称量之比来定义。1级：感量/称量=1×10-7；2级：感量/称量=2×10-7；3级：感量/称量=1×10-7；4级：感量/称量=1×10-6；5级：感量/称量=2×10-6；6级：感量/称量=1×10-6；7级：感量/称量=1×10-5；8级：感量/称量=2×10-5；9级：感量/称量=1×10-5；10级：感量/称量=1×10-4二．教学仪器的型号和仪器上常见的符号（一）教学仪器的型号：分为九大类，若干小类。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声学与热学；23静电与电流；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。（二）仪器上的常用符号仪表系列：磁电式、电磁式、电动式、感应式、静电式、热线式；电流种类：—直流电、～交流电、交直流两用、三相交流电；工作位置：→水平、↑竖直、∠60°与水平方向成60°角、箭头顺地磁场方向；接线端钮：+正端、-负端、*公共端、DC直流端、AC交流端、⊥接地端、接外壳端、接屏蔽端、调节钮；绝缘强度：未经耐压试验、☆经500V耐压试验、经2000V耐压试验；级别：1.5仪表量具的准确度级别为1.5级三．认识仪器的一般过程使用仪器前：1．应据有关知识和资料，对具体仪器的型号、原理、结构进行了解，主要部件应充分认识；2．掌握仪器的精度、性能、用途和使用方法；3．检查仪器的零部件是否完整，基本功能是否正常。例：以中学常用的电压表为例型号：J0408——伏特表符号：了解各符号的意义构造原理：参看说明书或有关资料性能：双量程0—3V、0—5V；三个接线柱。盲目使用仪器会出现：1、测量前未调零位；2、测量时没注意正负极性；3、被测的量大于电表量程或远小于电表量程的2/3。§2实验操作规范一．制定实验操作规范的出发点:⒈安全，确保不发生伤亡事故和损坏仪器事故，防火、防爆炸、防触电。⒉检查，避免人为过失误差，减小实验中的随机误差和系统误差。⒊保证实验顺利进行，完成实验任务。二．实验操作的程序要求:⒈装配仪器⒉仪器的预备性调整⒊按规则进行实验操作⒋整理仪器举例：电学实验的操作规程：⑴实验前应首先熟悉电路⑵根据“简单、清楚，便于控制和观测”的原则布置好器材。⑶根据电路图正确接线⑷电源合闸前应仔细检查电路调节好电表的零点，并使电路的输出电压较小，检查无误后，方可接通电源。⑸实验是更换元器件时必须切断电源。⑹操作过程中应养成避免用手和身体接触电路中的导体的习惯。⑺实验完毕应先断电源，后拆线路。三．实验操作的动作规范⒈使用天平⒉用手拿烧杯，倾倒液体⒊做静电实验⒋用注射器做实验⒌用手调节滑臂、旋钮、启动开关实验操作的规范动作实验操作不仅要注意程序，而且要注意动作的规范要求，切忌随意性的动作．例如：（1）调整天平时，一般用左手握住止动旋钮，不论调节底座、横梁，放卸待测物和砝码，还是拨动游码，都必须在止动期内进行．需要观察天平是否平衡时，再轻轻地顺时针旋转止动旋钮．当横梁处于升起状态时，左手不可脱离止动旋钮．用右手拿砝码镊，镊口的凹边应当朝上，如下图一所示．待测物和砝码都应放在砝码盘的中央．（2）用手拿烧杯倾倒液体时，应如下图二所示．（3）用手调节滑线变阻器滑臂时，应以另一手扶住瓷支架上方，如下图一所示．（4）用手拿透镜时，应如下图二所示，切不可触及透镜表面．四．教师演示实验的操作要求:演示实验要求教师除了按照一般实验的规范进行操作外，还需要根据教学实验的规范进行操作。要求:⒈操作前要介绍实验的目的和原理。⒉演示过程中，要引导学生把注意力集中到观察的对象和重点上去。⒊演示的现象应尽可能展示在学生都能观察到的视觉平面内。⒋演示仪器或电路的装配中必须展示的部分应尽量醒目。⒌演示过程应配合讲解和手势。⒍演示结束应及时把仪器从讲台上移开。⒎有不安全因素的实验，绝不能让学生上台操作。实验操作技能是物理教师实验教学素质的组成部分，应加强自我训练，养成良好习惯。§3误差理论在物理实验教学中的运用一、在物理实验教学中的运用误差理论的意义在提高物理教师的实验理论指导能力，误差理论的运用是极其重要的。误差理论在普通物理实验中有详细讲述，但如何具体运用到中学物理实验中去，还是一个值得研究的问题。物理教师正确运用误差理论，对合理配置实验器材、确定误差范围、把握实验成败的关键、判断实验结果、解决实验中出现的问题等方面都有积极的意义。物理实验进行误差分析，是物理实验的特点和要求，也是物理实验教学的一个重要组成部分。误差分析在定量的物理实验中是必不可少的，也是物理实验固有特点的反映。在物理实验教学中要认真进行误差分析，对系统误差的分析，应做为实验教学中一项重要的内容。二、误差理论简介（一）测量误差1、测量误差的一般概念任何测量因各种原因，测量值与真值之间总存在差异，测量值与真值之差称为测量误差。表示为：测量误差ΔN=测量值Nx－真值No2、测量误差的主要类型⑴随机误差：由于人的感官灵敏程度和仪器精密度有限以及周围环境中偶然因素的干扰等原因造成的误差。（随意性）⑵系统误差：指由于仪器的不完善，测量者的生理、心理上的局限或因理论、方法的近似性等原因造成的误差。（偏离性）3、测量误差的表示⑴绝对误差：ΔN=Nx-N0（测量值与真值之差）测量结果表示成N=Nx±ΔN。系统误差：ΔN‘=N’x-N’1⑵相对误差:绝对误差与测量值(多次测量平均值)之比，δN=ΔN/N⑶相对误差和绝对误差的关系：ΔN=N×δN（二）有效数字1、有效数字的概念在测量中总有一部分可以准确读出的数字和一位估读的数字。包括这一位及以上的数字统称测量结果的有效数字。有效数字的位数决定被测对象和同类量具的精密度。2、有效数字的一般计算法则⑴加减法：先找出参加运算各分量绝对误差最大的分量，然后以绝对误差最大分量的最后一位数为准，将其他分量比此位低的数用四舍五入法进位。⑵乘除法：先找出参加运算各分量中有效数字位数最少的分量，然后以位数最少的分量为标准对其他分量四舍五入法进位（一般应多保留一位），最后进行运算时再四舍五入。（三）直接测量与间接测量的误差计算1、直接测量（反映随机误差）：⑴单次测量：以量具的精密度±1/2作为最大绝对误差。⑵多次测量：算术平均值：L=1/n∑Ni算术平均偏差：ΔL=1/n∑∣Ni-N∣平均相对误差：δL=ΔL/L2、间接测量由直接测量的量代入公式计算，得到结果，称为间接测量。计算间接测量的误差要用误差传递公式：dN=+++…：§4物理实验的研究作为一个中学物理教师，要提高实验教学质量必须进行实验研究。培养实验研究能力是实验教学技能训练的又一个重要方面。研究和设计不同类型的实验应有不同的侧重点：演示实