的和提供的仪器设备,开动脑筋设计方案进行实验。既通过多种方案的设计、论证等思维活动,提高学生的实验设计能力,又通过实验操作验证设计得合理性,提高实验操作能力。
例如“电阻的测量”的复习可按以下方式进行,设置新情景,培养学生的实验设计能力。
(1)复习伏安法测电阻的实验
①实验器材:待测电阻Rx(用电阻箱,阻值为5Ω),学生电源、电压表(量程3V,内阻约3kΩ)、安培表(量程0.6A,内阻约1.5Ω)、滑动变阻器(最大阻值10Ω)、开关各一个,导线若干
由于电阻箱是精密的仪器,不能长时间通电。要求学生先设计出测量电路图,然后连接电路测量,最后通过测量结果分析安培表外接法和安培表内接法适用的对象。
大部分学生习惯的采用滑动变阻器的限流接法,从测量数据看,相比安培表内接法,安培表外接法测量出来的结果误差更小。
接下来把实验器材做了调整:
②实验器材:待测电阻Rx(用电阻箱,阻值为150Ω),学生电源、电压表(量程15V,内阻约15kΩ)、安培表(量程100mA,内阻约10Ω)、滑动变阻器(最大阻值10Ω)、开关各一个,导线若干
学生经过简单分析,还是采用滑动变阻器的限流接法、安培表外接法来测量,但是在调节电压时感觉调不动了,有不少学生有了疑问。教师可以适时指出,待测电阻的阻值是滑动变阻器的最大阻值的15倍,滑动变阻器的限流作用不明显了,提出用滑动变阻器的分压接法来调节待测电阻两端的电压。
教师在这里可以进行小结:对电阻测量的实验电路中,一般先设计“测量电阻部分”的电路(包括待测电阻、电压表、电流表,体现测量的思路),再设计“提供电源部分”的电路(包括电源、滑动变阻器、开关,提供电压和电流);从“测量电阻部分”来总结安培表的内接法、外接法的理论依据以及使用条件;从“提供电源部分”来总结滑动变阻器的分压、限流接法的理论依据以及使用条件。
(2)重点训练“测量电阻部分”电路的设计
①如果知道电表的内阻,怎样计算电阻的真实值?如何使用伏安法测量电表的内阻?
②如果没有电流表(或电流表不合适),而有两块电压表(已知内阻)应如何设计电路测量电阻?反之呢?
③如果只有电压表和一个电阻箱,应如何测量电阻?反之呢?
……
大家知道,物理是难学的,学习物理是辛苦的。而眼前这些学生在讨论、设计、完成实验的过程中,既有思维的碰撞又有实验的及时验证,他们的学习是主动的、快乐的。同时学生对伏安法、替代法、半偏法这些测量方法有了一个切身体会,也明确了如何设计一个测量电阻的电路。
教师在这里可以进一步总结:电学实验无非就是在电压U、电流I、电阻R、电动势E这几个物理量的测量上做文章而已,这是电学实验区别于力学实验之处。今后我们可以用类似的方法处理类似的探究性实验。
3.注重物理思想的总结,提高学生思维的开放性
每一个实验都有各自的设计思想,一个成功的实验,其设计思想总包含着对已有知识的灵活运用和创造性构思。引导学生领会前人的实验设计思想,是一条培养学生具有设计实验能力的有效途径。
比如,在做“验证力的平行四边形定则”实验时,为什么要两次把橡皮条的结点拉到同一位置?在做“验证牛顿第二定律”实验时,为什么要使长木板倾斜以平衡摩擦力?在做“验证机械能守恒定律”实验时,要验证 mv2=mgh,,为什么要选第一、二点距离为2mm的纸带?在做“验证动量守恒定律”实验时,被碰小球的质量为什么要小于入射小球的质量?还记得“控制变量法”吗……实际上所有的实验都要在控制上下功夫,实验的精髓就是“控制”。
再看另外一些例子,在做“研究匀变速直线运动”实验时,用打出的纸带上面的点数来计算时间,用点与点之间的距离来计算速度和加速度,在电学实验中,电流表用指针偏转程度的大小来表示电流的相对大小,历史上卡文迪许使用扭秤研究万有引力常量的时候,由于引力非常之小,他先通过测定力矩来测力,又通过石英丝的扭转角度来测力矩,再通过光点的移动来测定石英丝的扭转角度,这些就是“测量变换”。
再比如人们熟知的守恒定律,像能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律,它们的出现不是偶然的,而是物理规律具有多种“对称性”的必然结果。
……
诸如此类,不多列举了。
物理学不仅是自然科学的基础,也是人类文化的重要组成部分。在物理学发展史上,人们看到,
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