物理实验的作用

第一章 物理实验的特点与作用 “物理”一词起自于明末清初科学家方以智的百科全书式著作物理小识。“物理”二字出现在中文中，是取“格物致理”四字的简称，即考察事物的形态和变化，总结研究它们的规律的意思。我国的物理学知识，在早期文献中记载于天工开物等书中。几个例子几个例子l*六千多年前，在远古蛮荒时期，人们不知道有火，也不知道用火。到了黑夜，四处一片漆黑，野兽的吼叫声此起彼伏，人们蜷缩在一起，又冷又怕。由于没有火，人们只能吃生的食物，经常生病，寿命也很短。l 有一天，在山林中降下一场雷雨。随着“咔”的一声，雷电劈在树木上，树木燃烧起来，很快就变成了熊熊大火。人们被雷电和大火吓着了，到处奔逃。不久，雷雨停了，夜幕降临，雨后的大地更加湿冷。逃散的人们又聚到了一起，他们惊恐地看着燃烧的树木。这时候有个年轻人发现，原来经常在周围出现的野兽的嚎叫声没有了，他想：“难道野兽怕这个发亮的东西吗？”于是，他勇敢地走到火边，他发现身上好暖和呀。他兴奋地招呼大家：“快来呀，这火一点不可怕，它给我们带来了光明和温暖！”这时候，人们又发现不远处烧死的野兽，发出了阵阵香味。人们聚到火边，分吃烧过的野兽肉，觉得自己从没有吃过这样的美味。人们感到了火的可贵，他们拣来树枝，点燃火，保留起来。每天都有人轮流守着火种，不让它熄灭。可是有一天，值守的人睡着了，火燃尽了树枝，熄灭了。人们又重新陷入了黑暗和寒冷之中，痛苦极了。地点-甘肃天水l 最先发现火的用处的那个年轻人开始到处寻找火种。他翻过高山，涉过大河，穿过森林，历尽艰辛，来到了遂明国。（地点-甘肃天水）可是这里也没有火。年轻人非常失望，夜里他坐在一棵叫“遂木”的大树下休息。突然，年轻人眼前有亮光一闪，又一闪，把周围照得很明亮。年轻人立刻站起来，四处寻找光源。这时候他发现就在遂木树上，有几只大鸟正在用短而硬的喙啄树上的虫子。只要它们一啄，树上就闪出明亮的火花。年轻人看到这种情景，脑子里灵光一闪。他立刻折了一些遂木的树枝，用小树枝去钻大树枝，树枝上果然闪出火光，可是却着不起火来。年轻人不灰心，他找来各种树枝，耐心地用不同的树枝进行摩擦。终于，树枝上冒烟了，然后出火了。年轻人高兴地流下了眼泪。l 年轻人回到了家乡，为人们带来了永远不会熄灭的火种钻木取火的办法，从此人们再也不用生活在寒冷和恐惧中了。人们被这个年轻人的勇气和智慧折服，推举他做首领，并称他为“燧人”，也就是取火者的意思。l 万户是我国明朝人，大约生活在14世纪末期。他出身于木匠，曾在大将军班背手下效力，供职于兵器制造局。他做事勤勉，爱动脑筋，对各种兵器制造技术进行过深入的钻研，深得班背的喜爱。后来，班背将一本火箭制造技术的书籍留给了万户。根据这本书，万户造出了各种各样的火箭。在制造火箭的过程中，万户萌发了试图利用火箭进行一次飞天探险试验的念头。他设想，火箭可以产生推力，风筝可以飘在空中，如果人坐在椅子上，手持风筝，椅子下面绑上火箭，点燃火箭后，人就可以借助于火箭的推力和风筝的升力飞上天空。l 万户为了将自己的设想变成现实，进行了精心的准备。等到一切准备就绪后，他就开始了飞天试验。试飞的地点选择在一座山顶上。那天来了不少人。万户坐在一张椅子上，让人把自己捆牢。他双手各持一个大风筝，准备妥当后，叫人点燃了座椅下捆绑着的当时推力最大的47支火箭。随着火箭的烈焰喷射，万户连人带椅离开山顶向前冲去正当人们惊愕之时，47支火箭硝烟未尽，推力已失，万户连同椅子一起，翻滚着摔到了山下。l 万户的试验最终以失败告终，他为此也付出了宝贵的生命。然而，作为人类历史上第一次载人航天的伟大实践者，他所创造的采用捆绑式来解决大推力的设计思想无疑给后人留下了有益的启示。l 如今，万户已被世界公认为用火箭作动力飞行的先驱。为了纪念这位传奇式人物，国际天文联合会于1959年将月球背面的一个环形山命名为万户山 l 火药的发明应归功于炼丹家，它的问世经历了一个较长时间的孕育过程。在古代炼丹家的炼丹活动中，硫磺和硝是常用的药品。硫磺被视为“能化金银铜铁奇物”，硝石被认为可“久服轻身”，它们的易燃性亦在炼制活动中被炼丹家所认识。到 了 9世纪的唐代中叶时，炼丹家更发现了把硫磺、硝和炭混合在一起加热，会发生爆燃，引起火灾，烧伤人的手面，烧毁房屋。由此人们便把以硫磺、硝和炭为主要成分配制而成的药物称为火药。在经过一段探索后，火药开始被实际应用。火药被引入医学，成为药物，用于治疗疮癣，以及杀虫、辟湿气瘟疫。火药被引入军事，成为具有具大威力的新型武器，并引起了战略、战术、军事科技的重大变革。大约在 10世纪初的唐代末年，火药开始在战争中使用。初期的火药武器，爆炸性能不佳，主要是用来纵火。随着工艺的改进，火药的爆炸性能加强，新型的火器亦不断出现。武经总要 中，记载有火药配方，其中硝、硫、炭三者的比例分别为 6154：3077：769；74：26(硝：硫)，已接近于现代黑色标准火药的配比。该书中还记载了一种叫做“霹雷火球”的火器，点燃后声如霹雳，为爆炸性火器之肇始。13世纪上半叶，制造出具有巨大爆炸力的火器。1232年，元兵攻打金人的南京(今河南开封)时，金兵曾使用一种叫“震天雷”的武器，“火药发作，声如雷震，热 力 达 半 亩 之 上，人 与 牛 皮 皆 碎 迸 无 迹。什么是物理实验什么是物理实验 物理实验是科学实验的一种。根据研究目的，运用（科学）仪器人为控制或模拟自然现象，排除干扰，突出主要因数，研究自然规律的一种活动。再讲两个应用的例子l18世纪60年代19世纪40年代。蒸汽机的发明被公认为第一次工业革命的标志，（牛顿力学）时间 19世纪70年代-20世纪初 第二次工业革命(Second Industrial Revolution)起于19世纪七十年代，主要标志:电力的广泛应用(即电气时代)（法拉第电磁感应定律，楞次定律）。科学技第三次科技革命 20世纪四五十年代以来,在原子能、电子计算机、徽电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域.l从1957年开始，高锟即从事光导纤维在通讯领域运用的研究。1964年，他提出在电话网络中以光代替电流，以玻璃纤维代替导线。1965年，在以无数实验为基础的一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传递，将带来一场通讯业的革命，并提出当玻璃纤维损耗率下降到20分贝公里时，光纤维通讯就会成功。1966年，在标准电话实验室与何克汉共同提出光纤可以用作通信媒介。高锟在电磁波导、陶瓷科学（包括光纤制造）方面获28项专利。由于他取得的成果，有超过10亿公里的光缆以闪电般的速度通过宽带互联网，为全球各地的办事处和家居提供数据。物理实验的作用 物理是一门以实验为基础的学科，物理概念的确立，物理规律的发展和建立，都必须概括大量的实验结果，所以实验的手段在物理学本身的发展中起了极大的推动作用。特别是物理学发展到现在的时代，我们几乎可以这样说，离开了物理实验，要进一步揭示宇宙的奥秘和基本粒子内部的结构几乎是不可能的。1:发现规律，建立理论。2：验证假设，检验理论。3：完善理论，发展理论。4：测定常数。中学物理实验的作用1使学生获得物理实验的基本知识和基本技能。即仪器的合理选择和正确使用，良好的测量方法的确立，数据和结果的分析处理以及写出完整的实验报告。2通过实验的观察和分析与课堂教学互相配合，从理论和实际的结合上加深对物理概念和规律的认识，巩固和扩大学生对物理内容的掌握程度。3培养学生认真、严肃和实事求是的科学态度和工作作风。物理实验报告实验目的：本实验的主要目的原理摘要：写出本实验所依据的主要公式，并要注明公式中各量的意义，单位及公式的使用条件，明确实验中所要直接测定的物理量及测量方法。实验步骤及注意事项:拣主要的写。有要求的，要详细写。仪器：记录实验中所用的主要仪器的编号和规格。数据记录：实验的数据记录要做到有条有理，在预习时就应设计好表格，我们反对随便用碎小纸片记录数据。计算与误差：通过运算求出待测物理量的值，并根据误差理论计算其绝对误差和相对误差。对要求作图的实验必须作出相应的实验路线。结果：写出测量的最后结果，并标明绝对和相对误差，在必要时还必须标明得此结果的必要条件。问题讨论：1，实验中观察到的现象。2，分析误差产生的原因。物理实验的类型物理实验的类型l 在科学技术领域中，根据不同的研究目的，一般有以下几种类型的实验：l（1）决断性实验：判定某种因素是否存在，某些因素间有无联系，决定某些假定或设想的取舍等的实验。l（2）模拟实验：限于时空条件或观察条件无法直接进行的实验，用人为方法创设一定条件模拟实际发生的现象的实验。l（3）对照实验研究不同的条件与环境对事物的发展与变化造成的差异的实验。l（4）析因实验探索影响某一现象的发生和变化过程的主要原因的实验。3、在中学物理教学中，根据不同的教学目的和要求，一般有以下几种类型的实验：（1）探索性实验研究某些物理规律的实验。例如研究杠杆平衡条件、研究电磁感应现象的实验。这类实验安排在有关知识的教学之前进行，或可作为教学并进实验。其目的是让学生通过实验观察，对尚未学过的知识有一感性认识，并可归纳得出初步结论，为进一步学习有关规律打下基础。同时，探索性实验还具有让学生“发现”规律、激发学习兴趣、培养求实精神与科学方法的功能。（2）验证性实验验证某些物理定律的实验。例如高中实验中的验证牛顿第二运动定律、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律、验证玻意耳定律等实验。这类实验安排在学习过有关知识之后进行，要求学生定量分析实验数据，从中得出结论，并与所验证的定律作比较，以达到验证目的。如果实验结论与物理定律有偏离，还应分析产生误差的主要原因。（3）基本训练性实验熟悉某些基本测量仪器的操作与使用的实验。这类实验的目的是训练实验操作技能。在初中有长度、质量、时间、温度、电流（强度）等基本物理量的测量以及串、并联电路的连接等基本操作的实验，这些实验涉及刻度尺、天平、停表、温度计、电流表等仪器的使用。在高中则有游标卡尺、打点计时器、多用表、示波器等仪器的使用。进行这类实验时，应严格强调各种仪器的操作规范，务必使学生学会正确操作和使用，而对仪器的工作原理则不需详细阐述。（4）测定物理常数和物理量的实验为测定某一物理常数或物理量而进行的实验。这类实验的目的是让学生运用已经学过的知识和熟悉的器材，测定某些物理常数和物理量。例如测定物质的密度、测定重力加速度、测定介质的折射率的实验。这类实验要求学生理解实验所依据的原理，明确实验的条件、步骤和过程。由于受器材和实验条件的限制，对所测定的量的准确程度一般不作过高要求。（5）设计性实验根据目的要求自行设计的实验。这类实验对学生实验能力的要求较高，教学大纲中对此一般不作具体规定。这类实验可在高年级总复习阶段适当开设。例如初中，在学生理解串、并联电路的特点，并熟悉电流表和电压表使用的基础上，可以让学生设计只用一个电表和一个已知电阻来测量另一个未知电阻的实验，等等；在高中，可以让学生设计验证反冲运动中的动量守恒等实验，等等。其他分类方法定性实验，定量实验演示实验，边教边实验，学生分组实验，课外实验。学生实验：用物理实验室内的器材做的实验。一般是定量实验。演示：在课堂上有老师操作，同学们观察、讨论。有些演示的操作也有学生参与。实验：在课堂上由学生自己操作完成，比较简单，用时短，多数是定性实验。做一做：有的要用到及计算机，有的要用到生活中的器材，趣味性较强。问题与讨论：器材容易获得，难度较低。探究性试验