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| 物理实验设计的基本方法 | |||||
| 作者：佚名 文章来源：www.zuowenw.com 点击数： 更新时间：2007-5-25 | |||||
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本文《物理实验设计的基本方法》关键词：教学论文,论文,免费论文 出． （９）单摆做简谐振动时，其周期可以表示为Ｔ＝２πｌ／ｇ．若Ｔ和ｌ可测，则ｇ可测． （１０）在焦耳测定热功当量的实验中，若能测出水的质量和升高的温度，算出水增加的内能，再测出重物的质量和下落的高度，同样可测定重力加速度． （１１）带电粒子在的匀强电场平行板电容器中平衡时，ｍｇ＝ｑＵ／ｄ．若Ｕ、ｄ和带电粒子的荷质比（ｑ／ｍ）可测定，则ｇ可测出． （１２）假设一物体在地球表面附近绕地球做圆周运动，ｍｇ＝ＧＭｍ／Ｒ２，ｇ＝ＧＭ／Ｒ２． ………… ２．选择方案，简便精确对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案．教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种．那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则： （１）简便性原则即要求所选方案原理简单、操作简便，各量易测．应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案． （２）可行性原则实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件． （３）精确性原则不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的．在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验方案． 以上三原则通常要综合考虑． 在前述方案中，方案（１）中常用的测力计误差较大；（２）中Ｆ⊥和ａ⊥均不易测定；（３）中θ和ｔ不易测定且难以保证斜面足够光滑；（４）中θ、ｔ和μ均不易测定；（５）中若用秒表计时人为因素较大，若用打点计时器计时，纸带受振针阻力与通常小物块所受重力相比不能忽略；（６）中仪器先进但一般中学没有；（７）中若用闪光照像技术则是一种好方案，但设备和技术都达不到要求，若用平抛运动的研究方法误差较大；（８）中θ和ｖ０的测量难度较大；（９）中相对而言较切合中学实际；（１０）中需测定的物理量多且很难采取绝热措施；（１１）中学阶段不易测定荷质比；（１２）只是一个思想实验，无法付诸实践，但可估算，代入数据得ｇ＝９．８５７ｍ／ｓ２，与标准值９．８１ｍ／ｓ２只相差４．８．综上所述，中学阶段通常采用单摆法测定重力加速度． ３．依据方案，选定器材实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材． 在“用单摆测定重力加速度”的实验中，是利用单摆装置来进行实验的，故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆．重力加速度可表示为ｇ＝４π２ｌ／Ｔ２，周期需用秒表测定；摆长ｌ是从悬点到摆球中心的距离，因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度ｌ和摆球直径ｄ．从实验原理表达式可以看出，实验与摆球质量无关，故毋需使用天平． 当然，从实验方便性和精确性角度考虑，还需对所选器材作进一步要求，以期把系统误差降到最小．如上述器材中，摆线的伸缩性和质量应较小，摆球的质量应较大．摆线伸缩性大，其长度会随拉力变化而变化；摆球与摆线质量相差越小，系统（摆线和摆球）质心偏离摆球中心越远，误差就越大．为了便于观察，摆球振动的路径宜长，但又要确保单摆做简谐振动，故摆线宜长些，常取１米左右． ４．拟定步骤，合理有序实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤．对一些可直接测量的物理量，可先行测量；对需通过实验装置才能测定的物理量，须先组装器材，再进行实验、观察和测量． 在“利用单摆测定重力加速度”的实验中．原理表达式ｇ＝４π２ｌ／Ｔ２中的ｌ和Ｔ分别为单摆的摆长和单摆做简谐振动的周期．因此应先组装单摆，再测定摆长，最后让单摆做简谐振动，测定周期Ｔ．根据所测数据计算出重力加速度ｇ的值．至于过程细节不再赘述． ５．数据处理，误差分析高考对此要求不高，但常用的数据处理和误差分析的方法还是应该掌握，在设计实验时也应予考虑． 三、建议我们不能说全国高考对中学教学起一种指挥棒的作用，但也无法低估高考对中学教学的导向作用，正确认识并充分利用这种导向作用，对改善中学教学现状是大有裨益的．因此在高考命题上做点文章，使试题内涵精些，外延宽些，少些“是什么”，多些“怎么样”，思想自然活跃，花样自然增多．以１９９６年全国高考第１５题为例，若把问题改为：“根据以上数据，能否验证机械能守恒定律？试用必要的文字和简明的算式阐明你的观点．”这样一改，同样可考查即时速度、ΔＥＰ和ΔＥＫ的计算，但为学生提供的可能性增多了．为什么非得从“第一个点”开始考虑呢？见微知著，我们完全可以通过证明ΔＥＰ（ＢＣ）与ΔＥＫ（ＢＣ）相等来验证机械能守恒定律，至少可说明ＢＣ过程机械能守恒． 总而言之，要改善中学物理教学现状，培养思想活跃、有创新精神和创造能力的跨世纪人才，即需中学教育工作者的切实努力，也需全国高考的积极正确导向．
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