物理教学法实验报告集(11

物理教学法实验报告集(2011
目录前言………………………………………………………………………………02 实验一应用电火花计时器的力学实验研究………………………………………………………………………………
05 实验二探究性小实验………………………………………………………………………………
08 实验三单摆和倾斜摆实验的探究………………………………………………………………………………
11 实验四测量金属电阻率及电容器电容量的实验研究………………………………………………………………………………
13 实验五测量介质折射率的实验研
究………………………………………………………………………………
15 实验六用油膜法估测分子大小的实验研究………………………………………………………………………………
20 实验七微机辅助中学物理实验研究………………………………………………………………………………
21 第 1 页共30 页前言《中学物理实验教学技能训练》是中学物理教学法课程的重要组成部分，是物理教育理论与中学物理实验教学实践的紧密结合，是对高师物理专业学生进行中学物理实验教学技能训练的主要途径。

该课程通过对中学物理实验一般理论地讲授，对中学物理实验操作技能和教学技能的训练，以及对一些重要的、难度较大的中学物理实验进行练习和研究，从而使高师生了解中学物理实验的地位、作用及要求，熟悉
中学物理实验常用的仪器和设备，掌握中学物理实验的操作技能，具备演示实验教学和指导学生分组实验的教学技能，以及设计实验方案和研制实验仪器的初步本领。

实验的主要内容有如下三部分：一、实验技能训练中学基本仪器的使用和维护，在此前的普通物理实验、近代物理实验等实验中已经了解。

二、演示实验训练及研究演示实验是教师在课堂教学中为配合教学而进行的表演、示范性实验。

演示实验的技能和能力是物理教师的基本功。

具体从以下三方面训练：1、实验操作技能：包括实验仪器的准备与调整，实验方案的实施，实验操作的程序规范、方法、技能技巧及注意事项，实验故障的排除及简单仪器的维修等。

2、实验教学技能：包括如何引导学生观察——观察什么、怎样观察；如何配合讲解——介绍实验的目的、装置、原理，实验过程中提出一系列启发性的问题，引导学生思维；如何根据实验记录推导
实验结论等。

3、实验的设计及创造能力：实验方案的设计与选择，实验程序的安排，实验的改进及简单仪器的设计与制作等。

三、学生分组实验训练及研究：学生分组实验是在教师指导下，利用一定的仪器设备，学生进行单独操作的形式，它是培第 2 页共30 页养中学生实验能力的主要环节，物理教师必须掌握其规律、特点并能指导学生做好分组实验。

为此对师范物理专业学生从以下方成进行训练：1、实验操作技能：根据实验方案，正确地选择仪器及仪器的调节，组装与使用；实验操作的方法、技能、技巧及故障的排除；实验数据的读取、记录、处理技术与误差分析的技能。

2、实验教学技能：正确确定实验的教学目的及实验中的重点、难点；掌握突出重点、分散并克服难点的教学方法和技巧；掌握实验教学的基本程序和方法；如何指导学生课前预习；如何提问检查，指出关键并进
行示范；怎样巡回指导学生实验操作；怎样进行总结讲评、进行教育。

3、实验研究及创造能力：对学生分组实验方案从科学原理及教学功能两方面进行分析、研究，提出改进的方案或设计新方案；根据实验方案和教学目的，设计最佳的实验程序、步骤；设计、制作简单的实验仪器，取代实验中某些不太理想的仪器。

实验课程介绍：《中学物理实验教学技能训练》课程是师范生的必修课，主要是使师范生对中学物理实验中必备的实验技术进行训练，并对一些重要的、难度较大的演示实验和学生实验，研究课题进行研究，通过实验训练使学生熟悉中学物理教学必需的基本实验技术，掌握做好某些主要实验的关键，具有研究和改进中学物理实验的初步能力，运用现代化实验手段的能力。

实验目的及要求本课程以实践研究为主，主要以下四部分组成：物理疑难演示实验的训练及研究；重要学生分组实验的训练和研究；
自制教具和小型实验的研究；计算机辅助物理实验的研究。

通过对本课程的学习，学生应达到下列要求：第 3 页共30 页1．掌握中学物理常用仪器及电化教具的构造、原理，主要用途，使用方法及操作规范；2．掌握演示实验的规律、特点及实验教学技能；3．掌握学生分组实验的规律、特点及其分析指导的本领；4．具有初步的设计实验、改进仪器的能力及初步的维修能力；5．具备运用现代化实验手段的基本技能。

实验方式及要求1．本课程以实践为主，单独设课，每周3节；2．本课程以设计研究性实验为主，学生在实验前必须预习；3．实验2人一组，可讨论、研究完成，实验后必须按要求完成实验报告；4．每组实验完毕，都必须向指导老师讲述实验效果；5．每组选做1～2个研究课题，写出实验小论文。

考试方式及评分本课程采用平时考核、实验报告及小论文、期末考试综合评定学生的成绩。

平时占
40%，实验报告及小论文占20%，期末考试占40%，实验成绩为百分制。

主要仪器设备投影机、低压电源、电流表、电压表、显微镜、氦氖激光器、力学轨道小车、气垫道轨、电子计数器、天平、抽气机、万用变压器、万用示教电表、微机辅助物理实验系统、计算机等。

教材及参考书教材：中学物理实验教学技能训练自编参考书：中学物理教学法许国梁等中学物理实验教学研究安忠刘炳升主编第 4 页共30 页实验一应用电火花计时器的力学实验研究实验地点：理七栋601～602室学时：3学时实验要求：1．了解电火花计时器的结构和工作原理；2．能利用电火花计时器研究自落体运动的加速度、验证机械能守恒定律、研究牛顿第二定律实验；3．掌握加速度的各种测量方法及实验误差的分析方法。

课前准备：1．查阅电火花计时器的结构、使用方法
及工作原理；2．根据“实验过程”中的要求，查阅相关的知识点和要求；3．了解牛顿第二定律实验中用“整体法”进行实验的方法。

实验内容与过程指导：实验1：用自落体纸带研究匀变速直线运动的规律1．验证匀变速直线运动公式?s?c；2．验证匀变速直线运动中一段时间上的平均速度等于这段时间中间时刻的即时速度。

3．验证匀变速直线运动si?i图线是一条直线。

4．求自落体的加速度①可以用哪些方法求加速度？②打出一条自落体的纸带，并你认为最简单的方法测出纸带的平均加速度。

5．验证机械能守恒定律①可以用哪些方法验证机械能守恒定律？②是否一定要选前1-2点的间距接近2mm？为什么？第5 页共30 页
实验2：选择实验条件、设计实验步骤做牛顿第二定律的实验1．实验中产生加速度的力是怎样测量
的？在什么条件下，才能以砝码的重量作为小车运动的动力值？有没有一种能简单而准确测定运动物体恒定合外力的方法？2．可以用哪些方法减小摩擦力的影响？若近似认为摩擦力f正比于压力，选用什么方法可以使小车质量改变时，不需要重新调整以补偿摩擦力的因素？3．数据处理及分析若不计算加速度，如何判断物体是否作匀加速直线运动？你能想出两种方法吗？如果不知道物体的运动性质，怎样求即时速度？用你认为最简单的方法测各纸带的平均加速度，写出公式和结果。

如果在纸带静止点附近的点非常密集不易分辨，纸带中部又有许多漏点，要确定某点的序数很麻烦。

如何用一简单的方法测出纸带的加速度？写出计算公式。

4．用“整体法”研究牛顿第二定律研究牛顿第二定律实验中，为什么要使拉力m远远小于小车的质量M；如果把m和M看成一个整体，又如何来研究牛顿第二定
律，此时还需要拉力m要远远小于小车的质量M吗？试做实验，并对比分析实验结果。

思考：1．实验前，为使打出的纸带更理想，应该考虑几个方面的内容，如：将待用的纸带拉直，调整导轨的水平，固定打点计时器和滑轮的位置，纸带与小车的连接方法，绳子及纸带的长短问题等，你是如何处理的？2．为什么要在计时器上设置按钮？你认为何时启动较好？3．如果打出的纸带上的点不清晰或有漏点，最有可能的原因是什么？如何解决？4．自落体的实验过程中，为什么要同时使用2条纸带？第 6 页共30 页拓展：1．了解可调频率的电火花打点计时器的打点周期情况？你认为在哪些实验中使用可调频率的电火花打点计时器比普通的电火花打点计时器好？利用它进行1个实验；2．尝试设计如下内容中的一个实验，并进行实验。

①验证动量定理②验证动能定理③验证重力沿斜面分力的
大小和倾角的关系数据分析及处理：①在坐标纸上作出a—F 和a—1/m图象。

②你的图线是否通过原点？不通过原点说明什么问题？应如何调整？③在研究加速度与力的关系时得到弯曲的曲线说明了什么问题？④分析控制变量的参数选择、影响实验的误差及做好实验的关键等问题。

第7 页共30 页实验二探究性小实验实验地点：理七栋601～602室学时：3学时实验要求：1．学会用观察、发现和解决问题进行实验探究的科学方法；2．学会小论文的撰写。

课前准备：1．查阅相关资料，对实验进行初步的分析与研究；2．了解小论文的撰写要求和格式。

实验内容与过程指导：实验1：奇异的浮沉子在一个较长的玻璃管容器内装水近满，水上浮着一只倒置的小试管，试管顶部有一定量的空气。

另一块橡皮膜把玻璃管的上开口端封闭起来。

用手指向下压橡皮膜使小
试管下沉，至一定深度将手指松开。

设松手时小试管所处的深度是X ，试问，１．随着X 的增加，小试管的运动趋势如何？用实验来证实你的预测。

２．试用数学模型分析小试管的运动特征，用图象表述小试管所受的合力与深度的关系。

３．列举你熟悉的类似现象，并画出各自的图象，用反馈的原理来说明这类事物的特征。

实验2：小试管为什么会往上升？在一端封闭的玻璃管内注满水，再把一只小试管底朝下插入水中。

然后把长玻璃管倒转过来，你会看到小试管非但不会落下，而且将一直上升到顶端。

１. 小试管为什么会上升？谈谈你的看法。

２. 小试管是否一定上升？决定其上升与否的因素有哪些？谈谈你的看法。

３. 如果不计次要因素，请你用数学式表达小试管上升的条件和加速度的大小。

第8 页共30 页４. 是否能用实验来验证你提出的有关假说？你做了哪些实验？实验的结果如何？你认为的次
要因素在你的实验中能否忽略？实验3：玻璃杯罩下的硬币如下图所示，在水槽底部的中央放置一枚硬币，再用玻璃杯把硬币罩上。

从空间的各个方向对硬币和玻璃杯进行观察。

１. 你看到哪些有意义的物理现象？把它们一一记录下来。

２. 暂停观察，想象一下，还有哪些现象可能被观察到？３. 再观察一下，看看是否又有新的发现？４. 改变实验条件，如将杯中的压缩空气放掉一些，使杯内水的深度加大，再观察，如有新的发现，请记录下来。

５. 简述和用图示分析上述现象的原理。

６. 有哪些推测和理论分析可以得到进一步的实验验证？实验4：电学黑箱实验国际和国内物理竞赛中经常出现黑箱一类的题目。

实验的内容虽然不复杂，但对于培养学生分析问题，逻辑推理以及运用所学知识解决实际问题的能力都有很大好处，并能引起学生对实验的兴趣。

本实验只限于电学内容的黑箱，箱内的元件可能是电
源、电阻、电容、电感、半导体二极管，还可能是短路或断路，两接线柱间一般只有一个元件。

因为黑箱问题需要从观察入手，最后通过比较、分析、推理、综合、判断，得出正确结论。

为此设计了这类实验项目，同学们在实验探究的过程中总结规律，得出一定的研究方法。

1．观测并记录电学黑箱内可能有的元件的特性，注意用不同的档位进行观测；2．观察“直线型”和“三角型”黑箱，用万用表观测其现第9 页共30 页象和特性，分析、推理其内部可能的结构；直线型3．总结出测量电学黑箱的一般规律，尽量用流程图配简单的文字说明来体现规律；4．用你的规律来测量实验室提供的黑箱，并画图标注相关参数。

三角型思考：中学物理实验教学中，还有哪一些类型的黑箱，列举并简单介绍。

拓展：1．如果提供4个接线柱的黑箱，又如何操作？有时间试一试；2．一般情况下，判断时只提供一个万用
表，但如果黑箱中有电感元件时，如何处理？还需要提供哪些器材。

数据分析及处理：根据自己选择的实验内容，完成实验，详细记录实验现象，并进行分析与推测，写出实验小论文。

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如右图所示，把玻璃砖平放在白纸上，让一束激光射入玻璃砖内，此光束将在两则面处发生多次反射和折射，在玻璃砖外侧的屏上可接收到若干光点。

现使屏P2与入射光束垂直，测出相邻光点间的距l。

再测出玻璃砖的厚度d和入射角i。

根据公式?dsin2i?2n????sini可求出玻璃的逝射率。

?l?2实验5：用视深度法测量透明液体的折射率如右图所示，在纸上画一直线，把玻璃杯压在直线上，并使真线通过杯底的直径处。

往玻璃杯中注入一定量待测液体，从玻璃杯上方向下观察，可见到杯底直线的像
上升了一定高度，将铅笔沿着杯壁向上移动，直到指向直线像的位置。

分别测出像和杯底到液面的深度h和H，则n?siniAO/OC? sin?AO/OB于是从液面正上方进行观察，入射角、折射角都很小，可以认为OC≈h，OB≈H，则N?H h改变液面深度，多次深度，多次测定h，设计并画出表格，用直线图像测算出一玻璃的折射率。

思考：1．如何用插针法确定出射光线？两根大头针的距离大小对实验结果有何影响？2．如何确定在玻璃中的折射光线、入射角和折射角？第16 页共30 页3．为了减少实验误差，需进行多次测量，实验过程中设计并画出实验表格，用直线图像测出玻璃的折射率。

4．实验4中，为了减小实验误差，如何应选择合适的入射角使l的值大一些？5．实验5中，玻璃杯底的厚度对实验结果有何影响？拓展：拓展1：测量液体的折射率1）找一只空的搪瓷口杯，将一把尺子靠杯的内臂固定，如
图2-1所示；2）把杯子放在实验桌上，移动杯子至适当位置， B 直到眼睛能看到杯子的最低点A，记下A点的刻度数a1；3）保持观察者的观察角度不变，缓缓向杯内加入清水，直至接近与杯口平齐，记下此时所能看到的最低点A′的刻度数a2；图2-1 4）读出水面的最高位置B点的刻度数a3；5）重复二次实验，并将数据填入下表中。

a1 a2 a3 A A′ B A B A′i O i A r A′ 第一次实验第二次实验第三次实验分析与结论：1．要求出液体的折射率n，根据公式n?sini，我们能否求出n ？n =。

sinr2．从上表记录的数据，要求出n，我们还必须测量哪些物理量？。

3．根据你推导的公式，分别算出三次实验的折射率：、、。

第17 页共30 页拓展2：测量液体的折射率1．找一个扁平的墨水瓶，在它的一面糊上一张黑纸，图中OC为两
片纸间的宽度，要测出液体的折射率n，根据公式n?sini，请推导出液体的折射率n =。

sinri O r A B 图2-2 C 图2-3 3．根据你推导的公式，分别算出二次实验的折射率：、。

【启发联想】1．通过研究上面第一种测量液体折射率的方法，你认为视深度、实际深度与液体的折射率有什么关系？2．你还能设计出另外几种不同的实验方案吗？请把其中要点描述出来。

3．在图2-1中，A的像点是否在竖直线AB上？第18 页共30 页【评价与交流】1．对比以上两种方法，结合你设计的新实验方案，你认为哪一种测量方法较为准确些？2．在实验过程中你是如何减少误差的？【课外实验】1．取1000ml的玻璃杯一只，内盛9/10的清水，取一枚壹元的硬币投入杯底偏右侧，双眼垂直向下观察水底的硬币，同时手持另一枚硬币紧靠杯右侧外壁，作上下缓慢移动，一旦发现杯内、外硬币无平行
视差时，杯外硬币到水面的高度即为水中硬币图2-4 的视深度h′。

用直尺测量烧杯水的深度h和从水面至杯外硬币间距离h′，如图2-4所示,代入你在【启发联想】1中推导出的公式，即可算出液体的折射率. *h h′ 2．用凹面镜测定液体的折射率仪器：待测折射率的液体；曲率半径为200－800mm的凹面镜；大头针。

实验步骤：①把凹面镜放在底座上，凹面向上，大头针夹在凹面镜上方的支架上。

上下移动大头针，直到它与凹面镜所成的像重合为止，该点就是凹面镜的曲率中心，测出它到凹面镜顶点的距离。

②把足量的液体倒入凹面镜。

待液体上表面成为平静的平面之后，再移动大头针，直到它与凹面镜所成的像重合为止，测出大头针到凹面镜顶点的新的距离。

③重复做几次实验。

数据记录与处理：把结果绘制成表，并求出比值。

x／y的平均值，它就是该液体的折射率思考：此实验测出的x/y值为什么就是液体
的折射率，请给证明。

数据分析及处理：根据实验的要求，撰写完整的实验报告。

第19 页共30 页实验六用油膜法估测分子大小的实验研究实验地点：理七栋625～626室学时：3学时实验要求：1．掌握用油膜法测量分子直径的原理和方法；2．能把握实验中溶液的配制方法及实验中产生各种现象的原因。

课前准备：1．请查阅有关资料，列举出几种测量分子大小的方法。

2．将一滴油滴在水里，水面上会形成油膜，为什么会形成油膜？实验内容与过程指导：提供的实验器材：水盘，烧杯，注射器，量筒，坐标纸，笔，玻璃板，油酸，无水乙醇，滑石粉。

请你设计一种用油膜法估测分子大小的实验。

1．你的测量原理是什么？你需要测量哪些量？2．能不能用纯油酸做实验？为什么？如果不能的话应如何配置油酸溶液？溶质与溶剂的体积比多少合适？你怎样用较经济的办法配
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置溶液？3．你怎样测量和计算1滴溶液的体积？怎样计算出1滴溶液中所含油酸的体积？4．怎样才能清晰地显示油酸薄膜的边缘轮廓, 并正确计算油酸薄膜的面积? 实验数据处理及结果分析：1．推导公式计算油酸分子的直径？并与理论值进行对比，并分析误差产生的原因。

2．在痱子粉上滴油酸酒精溶液时, 针尖应距离水面高一些还是低一些？3．滴油酸酒精溶液，如果用力不当会使油酸喷射或挤不出来，如何处理？4．油酸酒精溶液滴入水中后, 发现油膜的面积开始比较大，紧接着迅速变小, 然后才稳定下来，这是为什么? 5．你在实验中有哪些意想不到的发现，记录现象并作出解释？总结实验技巧及注意事项。

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