中學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)思想方法的培養(yǎng)中學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)思想方法的培養(yǎng)中學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)思想方法的培養(yǎng)xxx公司中學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)思想方法的培養(yǎng)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度中學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)思想方法的培養(yǎng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)原理和儀器的基礎(chǔ)上富有創(chuàng)造力，自行設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)，它是素質(zhì)教育在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體體現(xiàn)。通過(guò)它不僅可以考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理和方法的理解程度，更重要的是可以考查學(xué)生對(duì)學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)原理、方法靈活地遷移應(yīng)用和綜合應(yīng)用的能力，考查學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。在此可以預(yù)料，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題將成為今后高考實(shí)驗(yàn)命題的主要題型。如何培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思想方法?一、以實(shí)驗(yàn)原理為“綱”，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法的遷移實(shí)驗(yàn)原理是物理實(shí)驗(yàn)的核心，是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。要研究實(shí)驗(yàn)，只有明確實(shí)驗(yàn)的原理，才能真正掌握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵、操作的要點(diǎn)，從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、改造和創(chuàng)新。因此要想提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，教師必須講清楚實(shí)驗(yàn)原理，引導(dǎo)學(xué)生抓住實(shí)驗(yàn)原理這個(gè)“綱”。所謂實(shí)驗(yàn)原理，并不是什么神秘的東西，實(shí)際上物理課中所學(xué)過(guò)的物理規(guī)律、物理公式只要含有某一物理量，則該規(guī)律、該公式就可以作為研究或測(cè)定該物理量的原理基礎(chǔ)而進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。例如用伏安法測(cè)電阻的原理是，要想測(cè)出R就要想辦法測(cè)出加在電阻兩端的電壓和通過(guò)電阻的電流，教師通過(guò)對(duì)此實(shí)驗(yàn)原理和方案的分析與講解為培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打下了基礎(chǔ)。例題某電壓表的內(nèi)阻在20Ω～50Ω之間，現(xiàn)要測(cè)其總內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)室提供下列可選用的器材：待測(cè)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(dòng)變阻器R（最大阻值16Ω）電源E（電動(dòng)勢(shì)4V）電鍵K為了盡量減小誤差，要求多測(cè)幾組數(shù)據(jù)．試畫(huà)出符合要求的實(shí)驗(yàn)電路圖，并標(biāo)出選用器材的符號(hào)。析與解教材中“將電流表改裝為電壓表”的實(shí)驗(yàn)中，用半偏法測(cè)定電流表的內(nèi)阻，該題要求測(cè)量電壓表的內(nèi)阻，由于電壓表內(nèi)阻都很大，所以用教材中的半偏法測(cè)量就不行了。題中已提供了電流表，要測(cè)量的電壓表既是一個(gè)待測(cè)電阻，又是一個(gè)顯示自身電壓的測(cè)量?jī)x表，所以采用伏安法即可測(cè)出該電壓表的內(nèi)阻──只需將一電流表與該電壓表串聯(lián)，由電流表讀出通過(guò)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(jì)算出該電壓表的內(nèi)阻。電路如圖1所示：這是一道用學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題，抓住了實(shí)驗(yàn)原理這個(gè)“綱”，問(wèn)題圖1就輕松地解決了。此題進(jìn)一步說(shuō)明了對(duì)已學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)原理的深刻理解是解決設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的前提和基礎(chǔ)。二、樹(shù)立“轉(zhuǎn)換”思想，開(kāi)拓設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的思路要提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，必須認(rèn)真體會(huì)物理教材上的實(shí)驗(yàn)思想，其實(shí)物理教材蘊(yùn)含大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。將某些不易顯示、不易直接測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化為易于顯示、易于測(cè)量的物理量的方法稱(chēng)為轉(zhuǎn)換法（間接測(cè)量法）。例如，測(cè)力計(jì)是把力的大小轉(zhuǎn)換為彈簧的伸長(zhǎng)量；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是把流逝的時(shí)間轉(zhuǎn)換為振針的周期性振動(dòng)；電流表是利用電流在磁場(chǎng)中受力，把電流轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)角；用單擺測(cè)重力加速度是通過(guò)公式，把g的測(cè)量轉(zhuǎn)化為T(mén)和l的測(cè)量；驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒，采用了轉(zhuǎn)化的方法把中的“v”轉(zhuǎn)化為中能直接測(cè)量的長(zhǎng)度，物理中的轉(zhuǎn)化思想是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的一個(gè)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(xiàn)下端剛好在桌子邊沿，并且其切線(xiàn)是水平的?，F(xiàn)提供的實(shí)驗(yàn)測(cè)量工具只有：天平，直尺。其他的實(shí)驗(yàn)器材可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要自選。現(xiàn)要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出小鐵塊B自斜面頂端由靜止下滑到底端的過(guò)程中，摩擦力對(duì)小鐵塊B做的功，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）除提供的器材外，還需選用的器材是________________。（2）簡(jiǎn)要說(shuō)明要測(cè)量的物理量及表示符號(hào)________________。（3）寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)式（重力加速度已知）________________。解析物體由曲面頂端下滑到底端的過(guò)程中，只有重力和摩擦力做功，二力做功的代數(shù)和等于物體動(dòng)能的變化量，因此只要測(cè)出物體下滑過(guò)程中重力的功，利用平拋運(yùn)動(dòng)的有關(guān)知識(shí)測(cè)出物體滑到曲面底端時(shí)的速度為v，可得，再利用動(dòng)能定理：，即可求出摩擦力的功，因此本題答案如下：（1）白紙、復(fù)寫(xiě)紙、重錘（2）斜面高度h，B的質(zhì)量m，桌面到水平地面的高度H，B離開(kāi)桌面它的水平飛行距離s（3）此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中利用了“轉(zhuǎn)換”的思想方法，使問(wèn)題較容易地得到了解決。三、利用儀器設(shè)計(jì)原理，提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰芎玫卣莆諆x器的結(jié)構(gòu)、工作原理對(duì)提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Υ笥袔椭?，例如我們前面提到的根?jù)電壓表測(cè)電壓的原理和電流表測(cè)電流的原理，可以把電壓表看成一個(gè)能夠顯示自己兩端電壓的電阻，把電流表看成一個(gè)能顯示自身通過(guò)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(yīng)用。例題從下表中選出適當(dāng)?shù)钠鞑模O(shè)計(jì)一個(gè)電路，來(lái)測(cè)量A1的電阻r1，要求方法簡(jiǎn)捷，有盡可能高的測(cè)量精度，并測(cè)得多組數(shù)據(jù)。器材規(guī)格電流表A1電流表A2電壓表（V）電阻R1滑動(dòng)變阻器（R2）電池（E）電鍵K導(dǎo)線(xiàn)若干量程10mA內(nèi)阻r1待測(cè)（約40Ω）量程500μA內(nèi)阻r1=750Ω量程10V內(nèi)阻r3=10kΩ阻值約100Ω保護(hù)電阻總阻值約50Ω電動(dòng)勢(shì)1.5V，內(nèi)阻很?。?）畫(huà)出電路圖，標(biāo)明所選用器材的符號(hào)。（2）若選測(cè)量數(shù)據(jù)中的一組來(lái)計(jì)算r1，所選用的表達(dá)式為r1＝___________，式中各符號(hào)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(nèi)阻。因要測(cè)內(nèi)阻r1，可以用伏安法直接測(cè)出r1，但電壓不能直接測(cè)量，根據(jù)電壓表測(cè)電壓的原理，可以把已知內(nèi)阻的微安表看成電壓表，利用“伏安法”測(cè)電阻的原理，把微安表與毫安表并聯(lián)，則，另外根據(jù)實(shí)驗(yàn)的其他要求連成如圖3所示電路。此題利用電壓表的設(shè)計(jì)原理打開(kāi)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，使沒(méi)有電壓表的問(wèn)題得到了解決。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶?/p>