1、物理試驗簡樸設(shè)計 第1頁第1頁 物理試驗物理試驗是科學(xué)試驗一個。所謂科學(xué)試驗，就是人們依據(jù)研究目的，利用科學(xué)儀器設(shè)備人為地控制或模擬自然現(xiàn)象，排除干擾、突出主要原因，在最有利條件下去研究自然規(guī)律一個活動。在物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展進程中，物理試驗自始至終占有極其主要地位。能夠說它是發(fā)覺物理奧秘、總結(jié)規(guī)律鑰匙。我們提出假設(shè)與猜想是否正確，普通都要通過試驗來驗證。第2頁第2頁歷史上許多試驗設(shè)計非常巧妙，不但目的明確，思考周密，并且抓住關(guān)鍵，出奇制勝。比如，17世紀伽利略設(shè)計研究慣性定律,自由落體試驗;歷史上連續(xù)了近3測定光速試驗;19盧瑟福研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)粒子散射試驗等，就是巧妙設(shè)計典范。由于我們知識所限

2、，對這些試驗還難于理解，但是我們能夠?qū)滩闹幸恍┰囼炚J真加以分析，就會得到諸多啟發(fā)。 第3頁第3頁試驗設(shè)計 1.擬定試驗?zāi)康?2.擬定試驗中變量 3.試驗變量控制 4.試驗構(gòu)成部分（試驗對象，試驗源，試驗效果顯示器） 5.試驗效果顯示辦法(轉(zhuǎn)換法，對比法，放大法) 6.選擇試驗儀器 7.擬定試驗環(huán)節(jié) 8.設(shè)計試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 9.實行試驗10.試驗數(shù)據(jù)處理11.總結(jié)規(guī)律 第4頁第4頁 物理試驗設(shè)計三步曲擬定變量(普通都是多個變量:如引起I改變V,R,;一個因變量I,二個自變量R,V;)如何控制變量(這樣只研究兩個變量:一個因變量I,一個自變量R或V;)設(shè)計試驗:試驗對象: 因變量(電阻R上電流I

3、)試驗源: 自變量(引起電流改變電源V)試驗效果顯示器: 電流表 第5頁第5頁1.擬定實驗?zāi)考僭O(shè)(在試驗基礎(chǔ)上提出):研究電路中電流I與電壓U電阻R關(guān)系SAV第6頁第6頁2.擬定試驗變量變量:因變量:I自變量:U R第7頁第7頁3.試驗變量控制控制變量試驗法: 在決定事物或者過程規(guī)律多個原因(變量)中，先固定一些變量原因不變，只改變其中一個變量原因，進行觀測試驗，如此多次重復(fù)然后再利用歸納法或者邏輯推理等辦法，綜合出多個變量原因之間關(guān)系，從而得出物理規(guī)律。1.固定R: 改變U:研究I與U關(guān)系2.固定U: 改變R:研究I與R關(guān)系第8頁第8頁4.試驗構(gòu)成部分試驗對象:電阻試驗源:電源(電池)試驗效

4、果顯示器:電壓表,電流表第9頁第9頁物理試驗基本構(gòu)成部分分析依據(jù)：統(tǒng)編初中物理教材，個試驗，其中演示試驗個，學(xué)生分組試驗個，小試驗個，習(xí)題中設(shè)計試驗個。這些試驗都滲入著物理學(xué)工作者十分豐富而新奇辦法論思想。第10頁第10頁比如，為了研究物體發(fā)聲原因，通過觀測，提出物體發(fā)聲原因是物體振動引起，這一假設(shè)是否正確呢，我們能夠設(shè)計試驗來驗證。如圖1，拿一個音叉，用小錘敲擊它，音叉發(fā)出了聲音，但是難于觀測到音叉在振動，此時我們能夠采用許多辦法，比如，用手輕輕地接觸音叉，感受音叉在振動。為了使更多人觀測到它振動，教材中設(shè)計用細線拴一個小乒乓球，輕輕地接觸音叉，通過觀測乒乓球被彈出，從而闡明音叉在振動，試驗

5、盡管是很簡樸，但是其設(shè)計思想確實非常巧妙。這個試驗還能夠用來研究聲音響度與振幅等原因關(guān)系。第11頁第11頁又如，我們要驗證凸透鏡對光線會聚作用（或者是研究凸透鏡成像規(guī)律），拿一個凸透鏡，找一個光源（能夠是太陽，蠟燭，手電筒等），匯聚光線或所成像呈現(xiàn)在光屏上，以便于觀測，如圖2。第12頁第12頁再如，我們驗證物體在水中受到浮力，能夠在彈簧秤下栓一個鐵塊，放入水中，借助觀測彈簧秤示數(shù)減小闡明鐵塊受到了浮力，如圖3。第13頁第13頁通過以上及許多試驗觀測，我們發(fā)覺,一個完整成功物理試驗大體可由三個部分構(gòu)成：1.試驗對象：它是我們要研究對象，能夠是一個物體，一件事物，或者一個現(xiàn)象等，比如以上試驗中音叉

6、，凸透鏡，鐵塊等；2.試驗源：它是對試驗對象施加一個作用，或者對試驗對象發(fā)出一個信號發(fā)生源，比如以上試驗中小錘，蠟燭，水等；做力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)試驗，要分別選取力源、熱源、電源、光源等。3.試驗效果顯示器：它是用來呈現(xiàn)試驗對象接受試驗源作用或信號后所產(chǎn)生效應(yīng)裝置。通過它直接或間接地進行效果觀測。比如以上試驗中乒乓球，光屏，彈簧秤等等。 第14頁第14頁當然，上述分法不是絕正確。有些簡樸試驗中，比如撥動鋼尺研究聲音發(fā)生以及決定音調(diào)原因，此時試驗對象和試驗效果顯示器都是鋼尺，也就是說試驗效果就顯示在試驗對象身上。能夠?qū)滩闹性囼炛鹨贿M行研究，分析它基本構(gòu)成部分，這對學(xué)習(xí)試驗設(shè)計是很有幫助。第1

7、5頁第15頁物理試驗基本構(gòu)成部分視頻資料天津老師講課錄像:顯示喇叭發(fā)生在振動洪恩課件濟南老師:固體平面鏡形變(激光演示)第16頁第16頁 實例 試驗對象 試驗源 顯示器 物體 手 細管中形變 玻璃瓶 壓力 色水 帕斯卡球 液體 活塞 橡皮膜 空氣壓縮 氣室中 硝化棉引火儀 氣體 活塞 被點燃 氣體 細管中熱膨脹 氣體 手捂 色水 奧斯特 導(dǎo)線中 磁針 試驗 電流 電源 偏轉(zhuǎn) 光 電 效 應(yīng) 鋅板 弧光燈 驗電器 透鏡成像 凸透鏡 蠟燭 光屏 粒子 熒光屏散射試驗 金箔 放射源 顯微鏡 第17頁第17頁5.試驗效果顯示辦法我們理解試驗基本構(gòu)成部分，是為了依據(jù)要求進行試驗設(shè)計。試驗設(shè)計中擬定試驗對

8、象、選擇試驗源相對來講是比較容易，困難是如何明顯地顯示試驗效果，在物理試驗中，慣用辦法有下列幾種。轉(zhuǎn)換法，對比法，放大法平衡法第18頁第18頁轉(zhuǎn)換辦法也稱間接辦法。在物理試驗中，常有一些現(xiàn)象因不明顯而不易觀測或者不易直接觀測，這就要借助于力、熱、電、光、機械等辦法之間互相轉(zhuǎn)換，以間接地實現(xiàn)可觀測、容易觀測或觀測效果明顯目的。這里說轉(zhuǎn)換主要是從效果相稱思想出發(fā)進行轉(zhuǎn)換。比如難于觀測到音叉振動，我們利用小乒乓球，輕輕地接觸音叉，通過觀測乒乓球被彈出，從而闡明音叉在振動；通過放在喇叭紙盆上小紙屑跳動，間接地闡明紙盆發(fā)聲時在振動，這都是很典型利用了轉(zhuǎn)換辦法。第19頁第19頁 放大辦法在試驗觀測過程中，有些物理量因太小而不能直接觀測時，就能夠借助于聲、光或疊加等辦法，將待測量放大后再去觀測。如放大鏡、望遠鏡、顯微鏡等儀器設(shè)計都源于放大思想。尚有試驗中，需要測量一些微小量，如金屬絲直徑，紙厚度，一段頭發(fā)質(zhì)量等，能夠?qū)⒓殞?dǎo)線纏繞在木棒上，測出若干圈導(dǎo)線所占長度，然后求出直徑等，用都是這種辦法。第20頁第20頁比較辦法物理試驗常通過對一些物理現(xiàn)象或物理量比較，來達到異中求同或同中求異試驗?zāi)康?，此即比較法。事實上能夠說每一個試驗中都要利用了比較辦法，比如擬定物理現(xiàn)象有無、現(xiàn)象強弱等。當然，物理試驗效果顯示設(shè)計辦法絕不限于上述幾種，需要