豐富多彩的物理實(shí)驗(yàn)

摘 要： 物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在物理教學(xué)中離不開實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，教師應(yīng)通過不同形式的實(shí)驗(yàn)方式，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的實(shí)驗(yàn)手段被應(yīng)用到物理教學(xué)中，特別是DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)突出體現(xiàn)了課程與信息技術(shù)的整合。

關(guān)鍵詞： 物理實(shí)驗(yàn) 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 模擬實(shí)驗(yàn) DIS實(shí)驗(yàn)

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理發(fā)展過程中起到了重大的作用。在物理教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)是非常重要的內(nèi)容。物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力等方面都起到了重要作用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)發(fā)生了巨大變化，產(chǎn)生了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、DIS實(shí)驗(yàn)等多種豐富多彩的形式。

1.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是指我們以常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，主要包括使用秒表、米尺、天平、彈簧秤、打點(diǎn)計(jì)時器、電流表、電壓表、溫度計(jì)等進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)依據(jù)十八九世紀(jì)的物理學(xué)知識，與物理學(xué)的發(fā)展相聯(lián)系。在物理學(xué)習(xí)中，通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫匮刂锢韺W(xué)的發(fā)展進(jìn)行學(xué)習(xí)，體會物理學(xué)的內(nèi)涵，體會物理學(xué)家在技術(shù)條件有限的情況下，如何巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。此外，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)性和可信度高等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)驗(yàn)中所用的儀器比較簡單，可以讓一個班級的學(xué)生同時進(jìn)行動手實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的動手能力。

物理實(shí)驗(yàn)示例：

自由落體運(yùn)動的研究：

在伽利略的時代，技術(shù)上無法直接測量瞬時速度，也就不能直接得到自由落體速度變化的規(guī)律，那么，該如何研究呢？伽利略通過數(shù)學(xué)的運(yùn)算，設(shè)計(jì)斜面的實(shí)驗(yàn)，再通過合理的外推得出了結(jié)論，集中體現(xiàn)了科學(xué)思想方法的核心是把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理（包括數(shù)學(xué)推演）和諧地結(jié)合起來。

探究單擺周期與擺長的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)：

單擺的周期很小，用秒表很難一次準(zhǔn)確地測出一個周期的時間，可以多次測量n個周期的總時間，然后算出一次振動周期的時間，讓學(xué)生體會這種測量方法。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)生活中，有很多量是不能通過直接的方法進(jìn)行測量的，往往需要通過間接的方法測量。

此外，在力學(xué)中，通過打點(diǎn)計(jì)時器研究物體運(yùn)動，可以研究勻變速直線運(yùn)動、自由落體運(yùn)動等，體現(xiàn)物理研究中通過時間和位移研究相關(guān)的物理問題，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

2.仿真實(shí)驗(yàn)

隨著電腦多媒體技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用多媒體軟件可以模擬物理實(shí)驗(yàn)，例如金華科仿真物理實(shí)驗(yàn)室。

仿真實(shí)驗(yàn)是通過已知的物理學(xué)的原理，利用計(jì)算機(jī)處理，模擬物理實(shí)驗(yàn)。其特點(diǎn)在于能夠?qū)⑽矬w運(yùn)動過程直觀地進(jìn)行呈現(xiàn)，給學(xué)生展示形象的物理情景，并能模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不容易觀察的現(xiàn)象或不容易做的實(shí)驗(yàn)。

物理實(shí)驗(yàn)示例

帶電粒子在磁場中的運(yùn)動問題：

磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場場強(qiáng)為E，將一質(zhì)量為m， 電量為q的負(fù)離子，在y軸上的一個P點(diǎn)無初速地釋放。試分析離子的運(yùn)動情況，并畫出其運(yùn)動軌跡。

模擬實(shí)驗(yàn)室可以直接把粒子運(yùn)動的軌跡，以及粒子運(yùn)動過程中的受力情況，緩慢地直觀地展示出來。（截圖）

通過仿真實(shí)驗(yàn)給學(xué)生模擬直觀的物理情景，幫助學(xué)生了解粒子的運(yùn)動過程，培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力。

3.DIS實(shí)驗(yàn)

DIS實(shí)驗(yàn)是隨著這一輪的課程改革引入教材的一個亮點(diǎn)，體現(xiàn)了物理課程與信息技術(shù)相整合。

DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是DigitalInformationSystem的縮寫，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由多種傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦及相關(guān)配套軟件組成。其中傳感器包括：位移、力、光電門、電流、電壓、磁、溫度等多種類型。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是能以較高的精度和靈敏度進(jìn)行實(shí)時測量，并將數(shù)據(jù)數(shù)字化顯示，同時可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析。

3.1 物理實(shí)驗(yàn)示例

自由落體運(yùn)動的研究：

在自由落體實(shí)驗(yàn)中，我們使用的是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，只是用位移聲波發(fā)送器代替落體，在落體下方放置聲波接收器，如圖所示。通過DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器就可以實(shí)時收集到位移數(shù)據(jù)，通過軟件可以在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時描繪出自由落體與時間的關(guān)系圖像，得出物體受力運(yùn)動的本質(zhì)規(guī)律。

“自感現(xiàn)象”的演示實(shí)驗(yàn)：

在DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通過電流傳感器可以直接地對微小的電流進(jìn)行測量而且很靈敏，所以對于“自感現(xiàn)象”可以進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖所示），通過數(shù)據(jù)采集器，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，傳給電腦，并通過軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，直接展示出電流的變化，從而給學(xué)生以直觀的感受。

3.2 DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

3.2.1實(shí)驗(yàn)裝置上，DIS實(shí)驗(yàn)裝置更加簡單，操作簡便，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生動手的積極性。

3.2.2測量上，DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)茏詣?、快速、精確并實(shí)時將數(shù)據(jù)數(shù)字化顯示，因此，使用DIS實(shí)驗(yàn)可以在有限的時間完成多組數(shù)據(jù)的測量，使實(shí)驗(yàn)更具有普遍的意義，更具嚴(yán)謹(jǐn)性和可信度。

3.2.3誤差上，DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)芸朔既徽`差，提高實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和可信度，完成原本較難完成的實(shí)驗(yàn)。

3.2.4DIS實(shí)驗(yàn)由于測量的精確、快速，使得學(xué)生能夠較容易地發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。例如DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)備測量微小電信號，所以可以用來完成一些拓展性的實(shí)驗(yàn)，如：水果電池、人體導(dǎo)電、蘋果、番茄的導(dǎo)電性等，開闊學(xué)生的視野。

3.2.5DIS實(shí)驗(yàn)由于能自動、快速地進(jìn)行測量，因而能大大縮短實(shí)驗(yàn)時間，留有更多的時間對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行討論。

3.2.6DIS實(shí)驗(yàn)由于設(shè)備先進(jìn)，可以進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

3.2.7DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有多種物理量的測量手段——聲學(xué)、光學(xué)、運(yùn)動學(xué)、磁學(xué)，因此可以用實(shí)驗(yàn)取代傳統(tǒng)靠虛擬或仿真提高可信度。

4.結(jié)語

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、DIS實(shí)驗(yàn)各有利弊，可以相結(jié)合，取長補(bǔ)短，相得益彰，促進(jìn)學(xué)生能力的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修1.人民教育出版社.

[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修2.人民教育出版社.

[3]http：//www.yucai.sh.cn/labnet/wlct/dc3.htm上海市育才中學(xué)*實(shí)驗(yàn)教育中心制作.