高中物理新课程下的实验教学黄恕伯讲义

高中物理新课程下的,黄恕伯 2009.9.23,实验教学,一、正确认识实验教学 二、提高物理教师的实验教学修养 三、对实验设计进行再创造 四、优化实验教学的实施过程 五、物理实验的纸笔测验考查 高考实验题,内容提要,一、正确认识实验教学,提到物理实验，常常把它和操作技能联系在一起，在考查学生的实验能力时，总是会想到通过某项实验操作来考查学生的实验能力，例如各种电表的读数，游标卡、螺旋测微器的读数；还有电表、螺旋测微器、以及各种物理仪器或器材的使用方法和使用过程中应注意的问题等等。,其实，这些操作技能仅仅是物理实验中收集信息能力的一小部分，而收集信息能力又是物理实验能力的一小部分，物理实验有着宽广的含义，它包含从提出问题、设计实验，到收集、处理、分析数据，形成实验结论和进行表达交流等一系列过程。,提到物理实验，常常想到它是解决物理问题的重要手段，是学习物理知识、研究物理问题的重要工具，在理论上我们应用的是数学工具，而在实践上我们应用的工具就是实验。,其实，物理实验所扮演的远远不是手段和工具这种角色，它同时体现了重要的科学观念，任何科学的结论必须经过实验的考验，实验是检验理论的最终标准。,一、正确认识实验教学,提到物理实验，常常感觉到它是物理教学中一项重要的内容，在具有实验项目的教学中，教师都会认真思考如何使学生理解这个实验、如何使学生会做这个实验等一系列问题，把实验作为重要的教学内容进行教学设计。,其实，物理实验不仅是高中物理课程的一项教学内容，它同时是高中物理课程的重要目标。,一、正确认识实验教学,高中物理课程标准把 “科学探究及物理实验能力要求” 跟 “共同必修模块”、“选修模块” 一起，作为物理课程标准中 “内容标准” 的三个一级主题。足见物理实验在新课程中的重要地位。,一、正确认识实验教学,二、提高物理教师的实验教学修养,物理实验修养,物理教学修养, 中学物理教师实验教学修养的相关因素,物理教师的 实验教学修养, 中学物理教师实验教学修养的相关因素,物理教师的 实验教学修养,物理知识,实验能力（科学探究能力；创新、制作教具的能力）,科学态度和精神（实践意识、严谨态度、求实精神、科学价值观）,教育理论修养（教育理念、心理学知识）,教学实施能力,二、提高物理教师的实验教学修养, 中学物理教师实验教学修养的相关因素, 当前情况下提高教师的实验教学修养具有积极意义,当前物理教师的实验教学修改并不乐观, 江西省中青年物理教师实验教学竞赛举例,二、提高物理教师的实验教学修养,现有一盆热水，每个小组派一名代表来估测水的温度。 请参赛代表将手伸进水中估测水温。 当工作人员宣布 “开始” 时，请把此时估测温度（不取小数）记录在写字板上。 误差在3以内(含3)得20分，误差4-6得10分，误差大于6得0分。,决赛题（第二届、高中）,有一个 “220V、25W” 的白炽灯泡（产品质量合格），请你用一个如图所示的多用表测量该灯泡灯丝的电阻。 (1)请把多用表测量档标出来。 (2)按这个测量档，画出刻度盘中指针的大概位置。,决赛题（第二届、高中）,在一次探究 A、B 两个物理量关系的定量实验中，得出了如下的实验数据，如果实验数据可靠，请通过图象得出这两个物理量有什么定量关系。（可用计算器）,决赛题（第二届、高中）,为探究A、B两个物理量是否成反比，进行了实验，其数据如下表（物理量单位省略）。请通过表中的实验数据分析说明：A、B两个物理量是否成反比？,决赛题（第三届、初中）,1/B,1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00,0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0,A, 中学物理教师实验教学修养的相关因素, 当前情况下提高教师的实验教学修养具有积极意义,当前物理教师的实验教学修改并不乐观,强化实验教学对提高纸笔测验的成绩起重要作用,多数的难题都不是难在知识上，而是难在解题素质上, 思维习惯和分析思路,二、提高物理教师的实验教学修养,2009年全国高考理综卷第26题,26（21分） 如图，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于x y 平面向外。P是y 轴上距原点为 h 的一点，N0为 x 轴上距原点为a的一点。A是一块平行于x 轴的挡板，与x轴的距离为 h /2，A的中点在 y 轴上，长度略小于 a /2。带点粒子与挡板碰撞前后， x 方向的,分速度不变， y方向的分速度反向、大小不变。质量为m，电荷量为q（q0）的粒子从P点瞄准N0点入射，最后又通过P点。不计重力。求粒子入射速度的所有可能值。,求得粒子运动半径，便能求得速度v,粒子射出磁场的速度方向跟 PN0 对称,粒子碰撞挡板前后的速度方向对称,设粒子第一次冲出磁场点为C，再次进入磁场点为D，由相似三角形可知，CDa,设粒子在磁场中圆弧轨迹对应的弦长为x，,粒子和板碰撞的次数为n,n0 时， 2ax,n1 时， 2a2xa , x = 3a / 2,n2 时， 2a3x2a , x = 4a / 3,n3 时， 2a = 4x3a , x = 5a / 4,设粒子第一次碰板点到 N0 点沿X坐标轴的位移为b，,n1 时, ba ;,n2 时, b5a /6 ;,n3 时, b3a /4,（无法击中挡板）,因此本题只存在 n0、n1 和 n2 三种情况。,因 ,已知x与a 的关系就可以求得R，进而求得v。,P,Y,N0,M,C,D,X,h,bxa/2,要击中P，MN0 的长度应等于 2 a,下 页,求得粒子运动半径，便能求得速度v,粒子射出磁场的速度方向跟 PN0 对称,粒子碰撞挡板前后的速度方向对称,设粒子第一次冲出磁场点为C，再次进入磁场点为D，由相似三角形可知，CDa,设粒子在磁场中圆弧轨迹对应的弦长为x，,粒子和板碰撞的次数为n,n0 时， 2ax,n1 时， 2a2xa , x = 3a / 2,n2 时， 2a3x2a , x = 4a / 3,n3 时， 2a = 4x3a , x = 5a / 4,设粒子第一次碰板点到 N0 点沿X坐标轴的位移为b，,n1 时, ba ;,n2 时, b5a /6 ;,n3 时, b3a /4,（无法击中挡板）,因此本题只存在 n0、n1 和 n2 三种情况。,因 ,bxa/2,要击中P，MN0 的长度应等于 2 a,已知x与a 的关系就可以求得R，进而求得v。,具体分析 （题意分析）,具体分析 （多解性分析）,具体分析 （合理性分析）,具体分析 （数学关系）,具体分析 （数学关系）,上 页, 中学物理教师实验教学修养的相关因素, 当前情况下提高教师的实验教学修养具有积极意义,当前物理教师的实验教学修改并不乐观,强化实验教学对提高纸笔测验的成绩具有重要意义,有利于理解物理概念和物理规律,有利于养成具体问题具体分析的习惯,有利于培养解决问题时严谨、客观的态度,有利于增强实践意识、提高审题时的转化能力,有利于提高对数据的分析处理能力,强化实验教学有利于学生在高层次的解题素质上得到提高,二、提高物理教师的实验教学修养, 中学物理教师实验教学修养的相关因素, 当前情况下提高教师的实验教学修养具有积极意义,当前物理教师的实验教学修改并不乐观,强化实验教学对提高纸笔测验的成绩具有重要意义,强化实验教学需要正确认识实验教学的意义和提高教师的实验教学修养,二、提高物理教师的实验教学修养,1. 创造新的演示项目,建立电容概念的实验, 教材没有说明具体的实验方案，因此，有必要创设适合自己的实验方案,三、对实验设计进行再创造,关于建立电容概念的实验设计,(1) 用电子钟半定量演示,用一节干电池对 4700F 电容器充电，随后用充电后的电容器作为电源，对电子钟供电，电子钟工作一定时间后停下来，记录工作的秒数；,用两节干电池对该电容器充电，给同一电子钟供电，电子钟工作的时间约为两倍。,认为电子钟工作时电流是一定的，2倍的时间意味着通过的电量是2倍。即：电容器的电量和电压成正比。,该实验器材简单，通俗易懂，有电容器电压、电量的具体情景,关于建立电容概念的实验设计,(2) 用数字电压表定量演示,并联后，电容器的电压、电量均变为原来一半。,可见 Q U，,即 CQ/U C 等于单位电压所储存的电荷量,写成等式：QC U,关于建立电容概念的实验设计,(2) 用数字电压表定量演示,关于建立电容概念的实验设计,(3) 作电容器放电 It 图像,R,C,E,S,1,2,A,选取C、R、E 的适当值，可以用人工方法收集数据、制作图像。,关于建立电容概念的实验设计,(3) 作电容器放电 It 图像,前两个方案更适合用来建立电容的概念。,1. 创造新的演示项目,电容的概念,库仑定律和电场强度,三、对实验设计进行再创造,关于库仑定律的演示实验设计,1. 创造新的演示项目,电容的概念,库仑定律和电场强度,探究硬币碰撞时的守恒量,三、对实验设计进行再创造,探究硬币碰撞中的守恒量,特点：,取材：日用器材的装配，价廉、物美、简便、易购。,原理：利用位移计算速度，很有创意。,使用：可作学生实验。,（硬币、摩擦面的取材还可以进一步探讨）,探究硬币碰撞中的守恒量,1. 创造新的演示项目,三、对实验设计进行再创造,2. 对现有实验设计进行创新,做功与速度变化的关系,教材的实验方案,改进的实验方案,改用一根橡皮筋，减小劲度，又稳定了方向。,前面连一根细线，可以使小车前进一段路程。,探究功与速度变化的关系,另一种改进的实验方案（恒力做功）,测出小车质量、加速度，可计算细线对小车的拉力。,探究功与速度变化的关系,在纸带上取不同长度作为做功距离（初速度为零），计算小车运动这些距离后的速度。,改变砝码，增加细线拉力，得到另外多组做功和速度数据。,在vW坐标系中描出以上数据的点，发现在同一曲线上。,换用v2W坐标系，得到的图线为直线，说明v2W,1. 创造新的演示项目,三、对实验设计进行再创造,2. 对现有实验设计进行创新,做功与速度变化的关系,1. 创造新的演示项目,三、对实验设计进行再创造,2. 对现有实验设计进行创新,做功与速度变化的关系,滑动摩擦力的测量,滑动摩擦力的测量,手持测力计拉着木块前进的缺点,手很难保持匀速,运动的测力计不容易观察读数,改进的实验方案,用电动玩具方式可以保持木块匀速运动,把测力计固定不动,滑动摩擦力的测量,滑动摩擦力的测量,手持测力计拉着木块前进的缺点,手很难保持匀速,运动的测力计不容易观察读数,改进的实验方案,用电动玩具方式可以保持木块匀速运动,把测力计固定不动,摩擦材料的选取,滑动摩擦力的测量,1. 创造新的演示项目,三、对实验设计进行再创造,2. 对现有实验设计进行创新,做功与速度变化的关系,滑动摩擦力的测量,观察光电效应现象,用紫外线灯照射不带电锌板，通常不可能看到验电器指针变化。,实验改进办法：,(1)给锌板分别带正、负电荷，观察紫外线照射时的不同现象,(2)用带正电物体引走光电子,观察光电效应现象,观察光电效应现象,1. 对不同的学生使用不同的实验方案,四、优化实验教学实施过程,例：简谐运动,一般学生的实验方案,较高水平的实验方案,简谐运动（一般学生方案）,也可以拍摄竖直方向弹簧振子的运动录像，得到分帧照片，依次排列得到图象。,1.观察实验现象,一、对弹簧振子位移时间图象的猜想,简谐运动（较高水平方案）,2.每小组定性画出位移时间图象