高中物理實驗教學(xué)中的基本方法

（四川師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，四川 成都 610101）

[關(guān) 鍵 詞] 高中物理；實驗教學(xué)；分析法

[中圖分類號] G632 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）06-0065-01

《高中物理課程標準》對實驗的要求提升到了前所未有的高度，把它提升到培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)探究意識和科學(xué)探究基本能力的形成和培養(yǎng)上，是學(xué)生核心素養(yǎng)的一個重要方面。課程總目標：發(fā)展學(xué)生好奇心和求知欲，發(fā)展科學(xué)探索興趣。課程具體目標：認識實驗在物理學(xué)中的地位和作用，掌握物理實驗的一些基本技能，會使用基本的實驗儀器，能獨立完成一些物理實驗；經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律；參加一些科學(xué)實踐活動，嘗試經(jīng)過思考發(fā)表自己的見解，嘗試運用物理原理和研究方法解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題。實驗原理在實驗的教學(xué)和高考中是十分重要的。

研究實驗，首先要明確實驗的目的、內(nèi)容和要求，然后從分析實驗原理入手。只有弄懂了實驗原理，才能真正掌握實驗的關(guān)鍵和操作要求，才能夠合理地選擇實驗裝置、器材和條件，才能夠正確地處理數(shù)據(jù)、估計誤差和得出結(jié)論，才能更好地進行實驗設(shè)計、改進和自制教具。總之，實驗原理的分析和研究，是研究高中物理實驗過程最重要的一個環(huán)節(jié)，是其他方面研究的基礎(chǔ)。

下面我以兩個電學(xué)實驗研究實例進行分析：

一、直導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流實驗

（一）實驗?zāi)康模貉菔菊f明閉合電路的一部分做切割磁感線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流。

（二）實驗要求：當(dāng)直導(dǎo)線切割磁感線的時候，電流計的指針有明顯的偏轉(zhuǎn)，已清楚地表明感應(yīng)電流的產(chǎn)生。

（三）實驗原理：切割磁感線→產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（ε=BLVsinθ）→產(chǎn)生感應(yīng)電流（I=ε/R+r）→電流計指針偏轉(zhuǎn)。

（四）實驗的關(guān)鍵：從原理的分析可見，要使電流計指針偏轉(zhuǎn)明顯關(guān)鍵在于兩個因數(shù)：（1）感應(yīng)電流要大。（2）電流計要靈敏，可見度要大。感應(yīng)電流又是由B、L、V、sinθ、R、r六個因數(shù)決定的。因此，要使實驗達到滿意的效果，關(guān)鍵在對以上六個因數(shù)的控制。用一個蹄型永磁鐵，一只一般的演示電表，一根導(dǎo)線來演示直導(dǎo)線切割磁感線實驗，常常是不能達到預(yù)期的效果的，甚至看不到演示電表有任何偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)這樣的演示實驗結(jié)果主要是因為沒有把握實驗的關(guān)鍵，對器材選擇不當(dāng)造成的。

（五）根據(jù)實驗原理和要求，對器材的要求：（1）增大L，可以用一個線圈的一部分。（2）增大B，用強磁性磁鐵，或者將幾塊磁鐵組合在一起（這樣增大了磁場區(qū)域）（3）減小R和r。導(dǎo)線電阻、電表的電阻和接觸電阻要盡可能的小。（4）顯示儀器靈敏、可見度大。對于此，可選擇的器材靈敏電流計或者加電流放大器的演示電表。

（六）對實驗操作的要求：（1）較快的移動導(dǎo)線去切割磁感線。（2）導(dǎo)線、運動方向和磁感線的方向三者相互垂直。如果按照上述的原理分析得到的實驗操作方法，就能夠確保實驗的成功。

所以筆者認為原理分析是物理實驗中最重要的一環(huán)，因為實驗基本原理分析是一回事，真正做實驗又是一回事，還會有其他因數(shù)影響實驗的效果和成?。ㄈ邕@里的電表電阻和接觸電阻）只有綜合應(yīng)用分析原理來分析影響實驗效果的因數(shù)，采取必要的措施，方能使實驗成功。通過實驗原理的分析和講解，使學(xué)生樹立科學(xué)的實驗態(tài)度、實事求是的精神和應(yīng)用原理進行分析的方法。

二、驗證楞次定律系列實驗

如圖所示，在光滑平行導(dǎo)軌上平行放置兩個導(dǎo)體ab、cd。當(dāng)磁鐵迅速插入它們組合的回路時，可見ab、cd將會靠攏。這個實驗看起來很簡單，但是不一定能成功。怎樣才能確保實驗成功呢？實驗原理分析如上：

（一）實驗的目的：驗證楞次定律及其特殊的推論。

（二）實驗的要求：明顯地顯示出條形磁鐵迅速插入回路時，兩個導(dǎo)體ab、cd相互靠攏。

（三）實驗的原理：回路abcd磁通量增大→回路產(chǎn)生感應(yīng)電流→兩導(dǎo)體ab、cd在外磁場中受安培力→效果是反抗磁通量增大→兩個導(dǎo)體ab、cd相互靠攏。

（四）實驗關(guān)鍵：兩導(dǎo)體ab、cd在磁鐵磁場中受相互靠攏的安培力，大于ab、cd相互施加的排斥力。因此要使實驗效果滿意，關(guān)鍵在于磁鐵的選擇、回路面積的控制、最大靜摩擦力的減少。

（五）對實驗器材的要求：（1）增強外磁場：用強磁性磁鐵，或?qū)讐K磁鐵組合在一起。例如將兩塊磁鐵并在一起。（2）減小最大靜摩擦力：選擇的導(dǎo)體ab、cd盡可能光滑。例如空心的、輕質(zhì)的短鋁桿。（3）回路面積控制適當(dāng)：如將兩平行導(dǎo)軌間距7cm水平平行放置，兩空心輕質(zhì)鋁桿間距約為6cm垂直放置在導(dǎo)軌上。

（六）對實驗操作的要求：迅速插入條形磁鐵。

如果按上述要求選擇器材和操作，能確保實驗成功。從上面的實例分析可見，在一般情況下，從分析實驗原理入手研究實驗的基本方法是：首先，明確實驗的目的、內(nèi)容和要求。其次，認真研究實驗原理，對定量或半定量實驗，需要分析實驗的誤差原因以及影響程度。很多時候?qū)嶒炚`差大或者實驗效果不明顯甚至看不到現(xiàn)象，都要從實驗原理去分析，從影響因素中去找原因。再次，是確定實驗的關(guān)鍵因素，實驗關(guān)鍵因素十分重要，它決定實驗的成敗和效果。最后，對實驗裝置、器材和實驗條件提出要求并進行選擇，確定操作要點和注意事項。這都是實驗成功的外在條件。

中學(xué)物理課堂的實驗適用這樣的方法，對于課外研究實驗和科學(xué)研究以上方法也是基本方法，特別是對于剛接觸的實驗或者是進行初步的研究實驗，該方法也是很有效的。

參考文獻：

[1]孫永超.基于SEC模式的高中物理學(xué)業(yè)水平考試與課程標準的一致性分析[D].曲阜師范大學(xué)，2015.

[2]李諾.高中物理習(xí)題中模型構(gòu)建的教學(xué)實驗研究[D].陜西師范大學(xué)，2015.