中學物理設計性實驗思想方法的培養中學物理設計性實驗思想方法的培養中學物理設計性實驗思想方法的培養xxx公司中學物理設計性實驗思想方法的培養文件編號：文件日期：修訂次數：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度中學物理設計性實驗思想方法的培養設計性實驗要求學生在掌握實驗原理和儀器的基礎上富有創造力，自行設計新的實驗，它是素質教育在物理實驗教學中的具體體現。通過它不僅可以考查學生對實驗的原理和方法的理解程度，更重要的是可以考查學生對學過的實驗原理、方法靈活地遷移應用和綜合應用的能力，考查學生的創造性思維能力。在此可以預料，設計性實驗題將成為今后高考實驗命題的主要題型。如何培養學生設計實驗的思想方法?一、以實驗原理為“綱”，實現實驗方法的遷移實驗原理是物理實驗的核心，是設計性實驗的基礎。要研究實驗，只有明確實驗的原理，才能真正掌握實驗的關鍵、操作的要點，從而進行實驗的設計、改造和創新。因此要想提高學生設計實驗的能力，教師必須講清楚實驗原理，引導學生抓住實驗原理這個“綱”。所謂實驗原理，并不是什么神秘的東西，實際上物理課中所學過的物理規律、物理公式只要含有某一物理量，則該規律、該公式就可以作為研究或測定該物理量的原理基礎而進行相應的實驗設計。例如用伏安法測電阻的原理是，要想測出R就要想辦法測出加在電阻兩端的電壓和通過電阻的電流，教師通過對此實驗原理和方案的分析與講解為培養學生設計實驗打下了基礎。例題某電壓表的內阻在20Ω～50Ω之間，現要測其總內阻，實驗室提供下列可選用的器材：待測電壓表V（量程3V）電流表A1（量程200A）電流表A2（量程5mA）電流表A3（量程0．6A）滑動變阻器R（最大阻值16Ω）電源E（電動勢4V）電鍵K為了盡量減小誤差，要求多測幾組數據．試畫出符合要求的實驗電路圖，并標出選用器材的符號。析與解教材中“將電流表改裝為電壓表”的實驗中，用半偏法測定電流表的內阻，該題要求測量電壓表的內阻，由于電壓表內阻都很大，所以用教材中的半偏法測量就不行了。題中已提供了電流表，要測量的電壓表既是一個待測電阻，又是一個顯示自身電壓的測量儀表，所以采用伏安法即可測出該電壓表的內阻──只需將一電流表與該電壓表串聯，由電流表讀出通過電壓表的電流I，由電壓表讀出它自身的電壓U，然后由歐姆定律就可計算出該電壓表的內阻。電路如圖1所示：這是一道用學過的實驗方法進行新的實驗設計的設計性實驗題，抓住了實驗原理這個“綱”，問題圖1就輕松地解決了。此題進一步說明了對已學過的實驗原理的深刻理解是解決設計性實驗的前提和基礎。二、樹立“轉換”思想，開拓設計性實驗的思路要提高設計實驗能力，必須認真體會物理教材上的實驗思想，其實物理教材蘊含大量的實驗設計方法。將某些不易顯示、不易直接測量的物理量轉化為易于顯示、易于測量的物理量的方法稱為轉換法（間接測量法）。例如，測力計是把力的大小轉換為彈簧的伸長量；打點計時器是把流逝的時間轉換為振針的周期性振動；電流表是利用電流在磁場中受力，把電流轉化為指針的偏轉角；用單擺測重力加速度是通過公式，把g的測量轉化為T和l的測量；驗證碰撞中的動量守恒，采用了轉化的方法把中的“v”轉化為中能直接測量的長度，物理中的轉化思想是設計性實驗的一個基本思想。例題如圖2所示，水平桌面上固定著斜面體A，有小鐵塊B。斜面體的斜面是曲面，由其截面圖可以看出曲線下端剛好在桌子邊沿，并且其切線是水平的。現提供的實驗測量工具只有：天平，直尺。其他的實驗器材可根據實驗需要自選。現要設計一個實驗，測出小鐵塊B自斜面頂端由靜止下滑到底端的過程中，摩擦力對小鐵塊B做的功，請回答下列問題：（1）除提供的器材外，還需選用的器材是________________。（2）簡要說明要測量的物理量及表示符號________________。（3）寫出實驗結果的表達式（重力加速度已知）________________。解析物體由曲面頂端下滑到底端的過程中，只有重力和摩擦力做功，二力做功的代數和等于物體動能的變化量，因此只要測出物體下滑過程中重力的功，利用平拋運動的有關知識測出物體滑到曲面底端時的速度為v，可得，再利用動能定理：，即可求出摩擦力的功，因此本題答案如下：（1）白紙、復寫紙、重錘（2）斜面高度h，B的質量m，桌面到水平地面的高度H，B離開桌面它的水平飛行距離s（3）此實驗設計過程中利用了“轉換”的思想方法，使問題較容易地得到了解決。三、利用儀器設計原理，提高設計實驗能力很好地掌握儀器的結構、工作原理對提高設計實驗能力大有幫助，例如我們前面提到的根據電壓表測電壓的原理和電流表測電流的原理，可以把電壓表看成一個能夠顯示自己兩端電壓的電阻，把電流表看成一個能顯示自身通過電流的電阻，這樣電壓表和電流表就可以像電阻一樣連在電路中，靈活應用。例題從下表中選出適當的器材，設計一個電路，來測量A1的電阻r1，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并測得多組數據。器材規格電流表A1電流表A2電壓表（V）電阻R1滑動變阻器（R2）電池（E）電鍵K導線若干量程10mA內阻r1待測（約40Ω）量程500μA內阻r1=750Ω量程10V內阻r3=10kΩ阻值約100Ω保護電阻總阻值約50Ω電動勢1.5V，內阻很小（1）畫出電路圖，標明所選用器材的符號。（2）若選測量數據中的一組來計算r1，所選用的表達式為r1＝___________，式中各符號的物理定義是：___________。解析電路如圖3示，其中，I1是電流表A1中的電流，I2是電流表A2中的電流，r2是電流表A2的內阻。因要測內阻r1，可以用伏安法直接測出r1，但電壓不能直接測量，根據電壓表測電壓的原理，可以把已知內阻的微安表看成電壓表，利用“伏安法”測電阻的原理，把微安表與毫安表并聯，則，另外根據實驗的其他要求連成如圖3所示電路。此題利用電壓表的設計原理打開了實驗設計思路，使沒有電壓表的問題得到了解決。設計實驗能力的提