新课程中的高中物理实验

新课程中的高中物理实验高中物理新课程中实验教学的特点与实施建议一、将实验作为探究的重要内容，与理论建构有机结合n电子论解释摩擦起电实验：静电感应电荷守恒定律。n演示：探究影响电荷相互作用力的因素库仓定律介绍库仓的实验。n演示：研究影响平行板电容器电容大小的因素介绍：平行板电容器的公式。一、将实验作为探究的重要内容，与理论建构有机结合n实验：探究导体电阻与其影响因素的定量关系逻辑推理：探究导体电阻与导体长度、横截面积的关系或实验验证介绍：电阻定律。n从能量转化的角度进行理论分析，推导闭合电路欧姆定律演示：路端电压随负载的变化理论分析和讨论：路端电压与负载的关系。二、给学生独立思考和交流的机会n老教材的模式：n实验目的和原理：n实验器材：n实验方法：n测量与数据处理：n实验结论标准教材的一些案例n人教版n探究求合力的方法：案例：探究求合力的方法（人教版）n图图甲甲表表示示橡橡皮皮条条GE在在两两个个力力的的共共同同作作用用下下，沿沿着着直直线线GC伸伸长长所所以以力力F等等于于F1和和F2的合力。的合力。n我们需要研究的是：我们需要研究的是：合力合力F与分力与分力F1、F2有什么关系？有什么关系？案例：探究求合力的方法（人教版）n探究时要注意下面几个问题。n1.几个力的方向是沿着拉线方向的，因此要把拉线的方向描在木板的白纸上。n2.几个力的大小由所挂砝码决定，用力的图示法在纸上画出表示几个力的箭头。n3.怎样表述合力的大小、方向与分力的大小、方向的关系？n建议用虚线把合力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接，也许能够得到启示。n4.得出你的结论后，改变F1和F2的大小和方向，重做上述实验，看看结论是否相同。对该案例的评价与建议n让学生做出平行四边形的猜想，有些困难。学生既缺少经验，也没有可供思考的理论依据。n作为学生实验，力的大小只能以一个砝码为单位跃变式的选择，力的方向通过改变滑轮位置来改变，实际操作比较困难。对该案例的评价与建议n教师演示：用3、4个砝码牵引橡皮筋，求两分力成直角时的合力猜想：合力和分力可能有什么关系？n实验：用两个弹簧测力计拉伸橡皮筋，验证你的猜想。案例：自由落体运动n人教社教材：n讨论：不同物体下落快慢是否相同？n演示：钱毛管实验n交待：什么是自由落体运动。n实验：用打点计时器研究自由落体运动，测重力加速度。从探究的视角处理教材中的实验n例：自由落体规律的探究n让一个粉笔头从静止落下，请描述你感觉到的现象。n让羽毛和粉笔头等高同时落下，观察并推测可能发现的规律。n把一张纸逐步对折与粉笔头等高同时下落，观察并推测可能的规律。例：自由落体规律的探究n演示抽气玻璃管中羽毛与钱币的下落。n观察月球上的落体运动（图片）n观察并分析自由落体的闪光照片。n实验：用打点计时器验证自由落体运动的规律，测重力加速度。案例：研究平抛物体运动的特点n人教社教材：n什么是平抛运动？n研究平抛运动竖直方向的规律：演示：平抛竖落两球等时性。n研究水平方向运动的规律：提出实验要求，提供参考方案（水流描迹，小球描迹，数码摄像），实验。例：平抛物体运动规律的探究n背景引入：直升飞机空投救援物资。n观察：水平抛出小石子，水平射出的水流，描述你看到的现象和你认识这种运动的特点。n讨论：怎样来研究这种复杂的运动？做出某种猜测，说明提出猜测的理由。例：平抛物体运动规律的探究n平抛竖落等时性的实验：它能说明什么？还不能说明什么？在同一高度实验，改变高度再实验。在竖直方向上的运动与自由落体运动相同。图6-12BA例：研究水平方向的运动规律n实验：n在方格坐标纸上描绘平抛小球的运动轨迹 n分析平抛运动的轨迹n怎样分析？例：平抛物体运动规律的探究n观察并分析平抛运动的闪光照片。n推导平抛运动的轨迹方程。图6-13案例：电阻定律的探究n初中：n电流电压电阻欧姆定律。n实验：n用控制变量方法；n用电流强度比较；n要求：定性的结果。n初中实验：n探究影响电阻大小的因素：A高中：电阻定律的探究（人教社）n放在部分欧姆定律的后面，焦耳定律之后。n教材给出两种探究的方案：实验归纳；理论推导与长度和横截面积的关系实验探究与材料的关系。V对该实验的评价n不仅是定量要求提高了，而且渗透了实验设计的思想和方法，把实验归纳和理论推演结合起来。n可以要求学生应用欧姆定律测电阻的方法设计实验方案，给学生某些提示。n教材中的方案一和方案二不应当是并列选择的关系，应当结合起来。n方案二理论探究的结果应当推广，并加以验证，而不是只做探究与材料的关系。选修系列学生实验的建议n观察示波器加不同电压时电子束的偏转；n观察电容器的充、放电现象；n探究小灯泡的伏安特性曲线；n练习使用多用电表，探测黑箱中的元件n测量电源的电动势和风电阻；n用小磁针会测磁感应强度选修系列学生实验的建议n探究电磁感应产生的条件；n探究判断感应电流方向的规律n探究变压器的电压与匝数比的关系n观察光敏电阻和热敏电阻的特性，比较光照强度，检测发光二极管。三、运用现代技术手段n有应用DIS实验系统：n借助传感器测速度；n用计算机绘制S-t图像；n用照相机估算曝光时间；n用传感器探究作用力与反作用力的关系；n用传感器观察电容器的充电和放电；n用传感器观察自感现象等。应用现代技术的问题演示演示 用传感器和计算机实验验证有关运用传感器和计算机实验验证有关运动图象的猜想动图象的猜想n假定你从静止开始沿直线向前走去，走5m后再沿原路线倒退到出发点。请画出定性的描述运动的位移图象和速度图象。n画好以后再观察用小车做的模拟演示，用位移传感器采集位移随时间变化的数据，并由计算机给出图象。看看它与你的猜想相似吗？实验装置与你画出的图象相似吗？演示：牛顿第三定律n两人手拉着手，相互对拉。n当甲把乙拉向自己一边时，我们常说“甲的力气大”，是否意味着甲拉乙的力大于乙拉甲的力呢？n让我们用两个测力传感器与计算机系统相连，显示出两个力的图象。看一看，当力变化时，这一对力的大小是否相等？甲把乙拉过来时，两力大小相等吗？关注实验技能的培养n动手操作，手脑并用n理解数据处理的思想和培养技能n打点计时器实验案例：速度关注小型简易实验与设计性实验案例：曲线运动的速度方向曲线运动中的速度方向气体压强微观解释的模拟案例：力的分解案例：滑动摩擦力实验课题研究探究音调与酒杯水量的关系水果电池n走步和跑步的实验n利用数码相机的实验案例：汽车刹车距离的模拟探究n许多汽车事故并非刹车失灵造成的，而是刹车距离不够短造成的。n当司机发现前方有一障碍物时，他迅速启动制动器，但从观察发现到操作制动器需要一段反应时间，制动器制动后，车子在阻力作用下减速，直到速度为零。n如果刹车距离大于发现时障碍物离车的距离，事故就会发生。假定不计反应时间，刹车距离和哪些因素有关，以及是什么样的关系？案例：汽车刹车距离的模拟探究n（1）小组讨论：n 猜想：汽车从刹车到静止的距离可能与哪些因素有关？n 如果有多个因素，如何检验是否与其中的某一个因素有关？n 用什么样的实验装置进行实验？如何控制变量？n 需要测量哪些物理量？怎样测量？怎样记录？n 分工：操作控制；测量；记录；处理数据（每研究一个变量，分工进行一次交换）。案例：汽车刹车距离的模拟探究n（2）分组实验：安装，操作控制，测量，记录。n（3）分组：处理数据，描绘图像，讨论结果。n（4）交流，评价，理论推导与解释。n（5）应用：实施交通安全法相关条款的意义和建议。“汽车刹车距离的摸拟探究汽车刹车距离的摸拟探究”实验的数据实验的数据处理与理论分析：处理与理论分析：实验的理论分析n理论分析1：设汽车刹车时的速度为v，刹车后做匀减速直线运动，加速度为an由匀变速直线运动规律可得，在加速度一定时，刹车距离与速度的平方成正比。n理论分析2：如果刹车后汽车受到的滑动摩擦力不同，加速度也不同，应用牛顿第二定律公式可得，如果刹车时速度相同，刹车距离与滑动摩擦因数成反比。实验的理论分析n理论分析3：在制动过程中，阻力对汽车做负功，使汽车动能减少最终到零，应用动能定理，可得出推论，由此可以解释实验的结果。案例：案例：力减小时物体的速度也减小吗？力减小时物体的速度也减小吗？n生活中，我们常有一种经验认识：力越大速度越大，力越小速度就越小，n例如，运动员把垒球抛出去时，力越大，抛出的速度就越大；踢球的力越大，飞出的足球速度也越大。这种观点正确吗？n如果一个物体受力做加速直线运动，当牵引力持续减小时，物体的速度将会怎样变化？请设计一个实验来证实你的想法。案例：案例：力减小时物体的速度也减小吗？力减小时物体的速度也减小吗？n可供选择的器材：轨道，小车，打点计时器，钩码，线，橡皮筋，钥匙链条等。n（1）你的想法是：如果牵引力持续减小，物体的速度将 。n（2）你打算如何来验证你的猜想？如何使作用在物体上的牵引力持续减小？需要做哪些测量？n（3）你的实验结果是怎样的？实验中有哪些原来没想到的发现和问题？n（4）怎样从理论上解释你的实验现象？实验方案实验中得到的一个图像的讨论走哪条坡道更快？走哪条坡道更快？n两两辆辆相相同同的的列列车车，从从相相对对地地面面相相同同高高度度的的斜斜坡坡上上的的平平行行轨轨道道上上滑滑下下，一一辆辆车车到到达达地地平平面面后后一一直直向向前前，另另一一辆辆车车从从斜斜坡坡沿沿直直线线进进入入地地下下隧隧道道，再再转转入入水水平平的的隧隧道道继继续续向向前前，到到一一定定距距离离后后改改为为上上坡坡到到达达地地面面。如如果果假假定定轨轨道道转转折折是是圆圆滑滑的的，请问，哪一辆车先到地面上的车站。请问，哪一辆车先到地面上的车站。走哪条坡道更走哪条坡道更快？快？n点击右边的视图n你看到的现象与你的猜想一致吗？n你能解释你看到的现象吗？n轨道的参数对哪个球先到末端有什么影响？为什么？n欢迎你把探究中的发现和观点放在留言板中。探究海狮戏球的奥秘探究海狮戏球的奥秘n点击点击右边的视图右边的视图n请描述你看到的现象。请描述你看到的现象。n请猜测一下，海狮内部请猜测一下，海狮内部和小球内部可能有什么和小球内部可能有什么样的东西？样的东西？n请猜测他们的结构模型。请猜测他们的结构模型。n你能解释你看到的现象你能解释你看到的现象吗？吗？n能否用实验来证实你提能否用实验来证实你提出的猜想？出的猜想？n欢迎你把探究中的发现和观点放在留言板中逆风行舟逆风行舟 n常常言言道道，乘乘长长风风破破万万里里浪浪，顺顺风风破破浪浪。但但你你见见过过逆逆风风破破浪浪，而而不不靠靠人人力力拼拼搏搏吗吗？这这似似乎乎不不可可想想象象，但但事事实实上上，只只要要把把握握一一定定的的航航向向和和适适当当控控制制帆帆面面的的位位置置，最最终终是是可可以达到逆风的目标的。以达到逆风的目标的。逆风行舟舟n点击右边的视图，观察模拟的实验。n你看到什么现象？n通过这个实验，你能说明逆风行舟的原理吗？n能否用一把直尺、三角板和铅笔做一个模拟实验并说明它的原理？n说明在什么样的情况下小舟不能逆风而上。n欢迎你把探究中的发现和观点放在留言板中啄木鸟玩具的奥秘啄木鸟玩具的奥秘n点击右边的视图，能否把见到的现象的特点描绘出来？n能否把啄木鸟简化为一定的物理模型？n能否定性地说明啄木鸟产生这种奇特运动的原因？n啄木鸟能在支杆上歇住的条件是什么？n能否运用数学工具建立啄木鸟的运动过程模型？n制作一个简单的啄木鸟玩具的模型 n欢迎你把探究中的发现和观点放在留言板中辉光球（1）n点击右边的视图，你看到什么现象？n能否从电场的角度解释你看到的现象？n为什么用手靠近球面时，辉光线就会向手的方向变密？辉光球（2）n手持氖管一端靠近辉光球，你能看到什么现象？n把另一只手与离氖管远的球面接触，氖管的辉光会有影响吗？n在氖管与球面之间放置不同材料的隔板，氖管的辉光会有影响吗？n欢迎你把探究中的发现和观点放在留言板中一个课堂教学案例一个课堂教学案例变压器变压器情景引入认识结构，提出猜想，实验验证理论分析和论证评价与应用