中學物理實驗教學

專題1中學物理實驗教學

專題1Inthematterofphysics,thefirstlessonsshouldcontainnothingbutwhatisexperimentalandinterestingtosee.Aprettyexperimentisinitselfoftenmorevaluablethantwentyformulaeextractedfromourminds."

-AlbertEinsteinhttp://www.hazelwood.k12.mo.us/~grichert/sciweb/applets.html

一物理實驗的重要性2InthematterofphysiExperimentplaysmanyrolesinscienceOneofitsimportantrolesistotesttheories.Callforanewtheory:anacceptedtheoryisincorrect;anewphenomenonisinneedofexplanation.Experimentcanprovide:hintstowardthetheory;evidencefortheexistenceoftheories.Itmayalsohavealifeofitsown,independentoftheory.Suchexperimentsmayprovideevidenceforafuturetheorytoexplain.Asingleexperimentmayplayseveraloftheserolesatonce./entries/physics-experiment/

3Experimentplaysmanyrolesin物理實驗在物理學研究與發(fā)展中的作用從物理學史看物理實驗的重要性經(jīng)典物理學的建立：近代物理學的建立：力學（伽里略）電磁學（庫侖、法拉第、麥克斯韋）光學（楊氏、菲涅耳）三大發(fā)現(xiàn)（X光、放射性、電子）

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從宏觀到微觀兩朵烏云（黑體輻射、邁－莫實驗）

—

從經(jīng)典到近代取自周魯衛(wèi)ppt4物理實驗在物理學研究與發(fā)展中的作用從物理學史看物理材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)（如C60、高溫超導材料等）新材料制備方法的研究（如離子束注入、激光蒸發(fā)等）三、

物理實驗對物理學在其他學科中應用的意義化學：光譜分析、放射性測量、激光分離同位素、量子化學生物：各類顯微鏡雙螺旋結(jié)構的發(fā)現(xiàn)；DNA操縱、切割、重組醫(yī)學：診斷―X光、CT、核磁共振、超聲波治療―放射性、激光、微波、刀材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)新材料制備方法的研究物理實驗對物理學在其他學科中應用的意義取自周魯衛(wèi)ppt5材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)（如C60、高溫超導三、

物理百般呵護好奇心盡情釋放好奇心精心呵護青少年的好奇心全力釋放你的好奇心好奇心是引領推動科學前進的原動力好奇心是推動科學發(fā)展的動力--物理實驗在“全人教育”上有獨特作用取自周魯衛(wèi)ppt6百般呵護好奇心精心呵護青少年的好奇心物理實驗在“全人教育”上

好奇心 是每個健康

孩子天生就

有的，然而它常常過早地消失。----AlbertEinstein取自周魯衛(wèi)ppt7 好奇心 是每個健康取自周魯

丁肇中： “科學很大一個 作用是滿足人的 好奇心，這是人和動物的最大區(qū)別。”“為了名和利去做科學是危險的?！比∽灾荇斝l(wèi)ppt8 丁肇中：取自周魯衛(wèi)ppt8

埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300年）

問題：給你一根直桿，你能否測出地球的周長？塞恩城亞歷山大城北回歸線亞歷山大城和塞恩城地球是個球型的證據(jù)人們?nèi)绻麃淼胶＿吘湍芸吹降仄骄€本身便是個巨大的圓弧

確定大地的形狀

亞里士多德時期，他已經(jīng)明確提出，大地是一個球體

埃拉托色尼是一位杰出的數(shù)學家、天文學家、運動學家、詩人、地理學家

排名第二的全能學者

——故事的主角月食時地球的陰影顯然是個圓形

北京時間2008年2月21日（元宵節(jié)）上午9時43分-13時09分天空發(fā)生了一次月全食，由于這次月球食發(fā)生在中國的白天，因此中國公眾無緣直接目睹這次天象。右上圖為烏拉圭首都蒙得維的亞出現(xiàn)的月全食。（北回歸線。夏至，太陽能直射。亞里斯多德是第二聰明的人，他是第二聰明的人。）取自馬世紅ppt9埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300年）

埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）L=360

800/7.2千米取自馬世紅ppt10埃拉托色尼測定地球周長的實驗L=360800

埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）7.2oC=(360o/7.2o)X800km取自周魯衛(wèi)ppt11埃拉托色尼測定地球周長的實驗7.2oC=(360o/7.2

問題2：當你躺在海灘上看到太陽落下而消失在平靜的海面時，如果緊接著站起來，會再一次看到太陽落下。假如能測出這兩次太陽落下對應的時間間隔，你就可以估計出地球的半徑。

那么，這樣的簡易觀察是如何能用來測量地球半徑？取自馬世紅ppt12問題2：當你躺在海灘上看到太陽落下而消失在平d2+r2=(r+h)2，d=HE,d2=2rh+h2，h<<r,d2=2rh/360=t/24h,d=rtan

，h<<r

2h/tan2

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5.22106m,在公認的地球（平均）半徑（6.37106m）的20％范圍之內(nèi)

DennisRawlins,Am.J.Phys.47(2),1979,126-128d經(jīng)周老師取自馬世紅pptpp設t=11.1s,=0.04625h

=1.70m,13d2+r2=(r+h)2，d=HE,/“怎樣使用表和米尺來測量地球的大小”，Amer.J.Phys.47(2)(1979)126-128取自馬世紅ppt14“怎樣使用表和米尺來測量地球的大小”，Amer.J.P物理學家看物理實驗的重要性

牛頓：“探求事物屬性的準確方法是從實驗中把他們推導出來?！疾煳业睦碚摰姆椒ň驮谟诳紤]我所提出的實驗是否確實證明了這個理論；或者提出新的實驗去驗證這個理論?！比~企孫：“對于象李政道這樣優(yōu)秀的學生，理論課可以免上，只參加考試；但實驗不能免，每個必做?！?5物理學家看物理實驗的重要性牛頓：“探丁肇中：“我是一個做實驗的工程師。希望通過我的得獎，能提高中國人對實驗的認識。沒有實驗就沒有現(xiàn)代科學技術?！?/p>

楊振寧：“象我這樣有了一點名氣的人也有不好的影響。在國內(nèi)有許多青年人都希望搞我這一行（指搞理論），但是，象我這樣的人，中國目前不是急需。要增加中國的社會生產(chǎn)力需要的是很多會動手的人?！?6丁肇中：“我是一個做實驗的工程師。希望通過我的得獎，能提高中結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定性的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，尋找物理規(guī)律，驗證物理定律等等，都只能依靠實驗。離開了實驗，物理理論就會成為“無源之水，無本之木”，不可能得到發(fā)展。從諾貝爾獎看物理實驗的重要性1901年以來的100多年中，獲諾貝爾獎的理論物理學家與實驗物理學家的比為：1:2.2其中，1971年以來的30多年中，獲諾貝爾獎的理論物理學家與實驗物理學家的比為：1:6.517結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定荷蘭夜光公路主題:明年荷蘭將引入夜光公路..

明年荷蘭將引入夜光公路...這就是已開發(fā)國家!可提示天氣發(fā)佈時間：2012年11月01日電動車優(yōu)先車道：被提出的最具創(chuàng)意的想法之一，電動車專用車道可以讓汽車一邊行駛一邊充電能效節(jié)約性：在公路兩旁安裝節(jié)能燈，當駕駛員駕駛著汽車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈就會逐漸熄滅。落實將避免不必要的電能浪費夜光公路：明年荷蘭將引入夜光公路，使用光致冷粉末塗于道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發(fā)光照亮公路，維持時間高達10小時應對惡劣天氣：溫度應答動力學漆，能使透明的冰晶體變得可見據(jù)國外媒體報導，在黑夜中能發(fā)光的想法聽起來比較前衛(wèi)吧，這種公路還能夠為電動車充電，這種公路的部分概念將于明年引入荷蘭。智慧公路的概念在上周的荷蘭設計周活動中被提出，智慧高速公路將採用最新的技術，設計者表示，這種公路將會更可持續(xù)、更安全以及更為直觀。負責該工程的公司表示，他們的目標是將傳統(tǒng)的運輸方式進行革新，將技術的應用物件集中於高速公路，而不是具體的某種交通工具。那些對於未來之路最具大膽想法，都是設立一些專用車道，車道可以讓車輛在行駛的過程中進行充電。設計者還說明了另一項方案，即在公路兩旁安裝節(jié)能燈，當駕駛?cè)藛T駕駛著汽車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈又會逐漸熄滅。設計者表示，真正有意義上的智慧高速公路距人們的生活還比較遙遠。不過，荷蘭的公路將用一種光致冷光粉末塗上道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發(fā)光照亮公路，維持時間可高達10小時。明年將在荷蘭的公路系統(tǒng)中應用的，另一項技術就是採用溫度應答動力學漆，它能使透明的冰晶體在駕駛員面前無所遁形。由荷蘭設計工作室StudioRoosegaarde以及Heijmans提出了智慧公路的想法，該想法在荷蘭設計大獎賽上被授予了“最佳未來概念”稱號。然而，就汽車在公路上行駛?cè)绾芜M行充電的過程還沒有太多的資訊可供研究。StudioRoosegaarde公司在一份聲明中表示，“設計師DaanRoosegaarde與Heijmans正致力於對公路進行創(chuàng)新，一改先前人們集中在汽車駕駛體驗方面創(chuàng)新的思維?！逼鋭?chuàng)新設計概念包括：夜光公路、動力學漆、交互感應燈以及感應優(yōu)先車道這些想法都將在接下來五年內(nèi)逐一實現(xiàn)。該工作室還表示，設計目標就是通過使用交互感應燈來與車道進行互動，從而使車道更可持續(xù)更具交互活動，而且有利於解決特定的交通狀況。18荷蘭夜光公路主題:明年荷蘭將引入夜光公路..18結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定性的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，尋找物理規(guī)律，驗證物理定律等等，都只能依靠實驗。離開了實驗，物理理論就會成為“無源之水，無本之木”，不可能得到發(fā)展。19結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定改變輕視實踐的傳統(tǒng)觀念李約瑟之迷為什么資本主義和現(xiàn)代

科學起源于西歐而不是

中國或其他文明？20改變輕視實踐的傳統(tǒng)觀念李約瑟之迷20

解答“李約瑟之迷”：

“儒家相信宇宙的道德秩序(‘天’)”，

“他們使用‘道’一詞，主要地——如果不是唯一地——是指人類社會里的理想道路或秩序。這在他們對待精神世界和知識的態(tài)度上表現(xiàn)得很明顯。他們固然沒有把個人與社會人分開，也沒有把社會人與整個自然界分開，可是他們向來主張，研究人類的唯一適當對象就是人本身。因此，在整個中國歷史上，儒家反對對自然進行科學的探索，并反對對技術做科學的解釋和推廣?！?李約瑟《中國科學技術史,V.2,科學思想史》P8，

轉(zhuǎn)引自清華大學基礎物理實驗A321解答“李約瑟之迷”：-李約瑟《中國科學技術史,V.2社會上輕視實踐現(xiàn)象----根深蒂固《論語》：樊遲請學稼，子曰：吾不如老農(nóng)。請學為圃，曰：吾不如老圃。樊遲出。子曰：小人哉，樊須也！物理學以實驗為本，但要重視實驗課程學習與科學實驗訓練，就如逆水行舟。22社會上輕視實踐現(xiàn)象----根深蒂固《論語》：樊遲請學稼，子曰SamuelC.C.TingTheNobelPrizeinPhysics1976

EnglishChineseSamuelC.C.Ting'sspeechattheNobelBanquet,December10,1976FromLesPrixNobelen1976,EditorWilhelmOdelberg,[NobelFoundation],Stockholm,1977BanquetSpeech2323SamuelC.C.TingChineseSamuel國王，王后陛下，皇族們，各位朋友：

得到諾貝爾獎，是科學家最大的榮譽。我是在舊中國長大的，因此，想借這個機會向發(fā)展中國家的青年們強調(diào)實驗工作的重要性。中國有句話‘勞心者治人，勞力者治于人’，這種落后的思想對發(fā)展中國家的青年們有很大的害處。由于這種思想，很多發(fā)展中國家的學生都傾向于理論的研究，而避免實驗工作。

事實上，自然科學理論不能離開實驗的基礎，特別是物理學更是從實驗中產(chǎn)生的。

我希望由于我這次得獎，能夠喚起發(fā)展中國家學生們的興趣，而注意實驗工作的重要性。2424國王，王后陛下，皇族們，各位朋友：2424最美的十大物理實驗1.用單電子作的楊氏雙縫干涉實驗（1961）2.伽利略的落體實驗（1600左右）3.密立根油滴實驗（1909）4.牛頓用棱鏡將日光分解為七色的實驗（1665—1666）5.楊氏用光作的干涉實驗（1801）6.卡文迪許用扭秤測定萬有引力常數(shù)的實驗（1798）7.埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）8.伽利略的斜面實驗（1600左右）9.盧瑟福用粒子散射發(fā)現(xiàn)原子核的實驗（1911）10.佛科擺的實驗（1851）物理實驗之美/Physics/English/top10.htm（現(xiàn)代科學的奠基人伽利略–斜面實驗測重力加速度，困難在哪里？--時間；怎么辦？用什么：脈搏。為什么用斜面？為了使得過程變慢，彌補定時的不準確。）在軌道的一邊釋放一顆鋼珠，如果忽略摩擦力帶來的影響，我們發(fā)現(xiàn)鋼珠從左邊滾下后，再從右邊的斜面滾上，鋼珠將上升到與左邊釋放高度相同的點；若將右邊的傾斜角減小，鋼珠還是上升到原來的高度，但通過的路程比原來更長；假設右邊的軌道為水平，鋼珠想要達到原來的高度，但是鋼珠無法達到原來的高度，鋼珠將永遠運動下去。注意事項1.三次實驗鋼珠都要從斜面相同的度滑下的目的是：保證鋼珠獲得相同的末速度。2.實驗得出得結(jié)論：在同樣條件下，平面越光滑，鋼珠走過的路程越遠。3.伽利略通過“理想斜面實驗”和科學推理，得出的結(jié)論是：力不是維持物體運動的原因。法國科學家笛卡爾補充和完善了伽利略的觀點，他提出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向．伽利略在《兩門新科學》第三天中描述他是怎么做斜面實驗的，取長約12脕尺(1脕尺＝45.7cm)(注2)、寬約半脕尺、厚約三指的木板，在邊緣刻上一條一指多寬的槽，槽非常平直，經(jīng)過打磨，在直槽上貼羊皮紙，盡可能使之平滑，然后讓一個非常圓的、硬的光滑黃銅球沿槽滾下，我們將木板的一頭抬高一、二脕尺，使之略成傾斜，在讓銅球滾下，用下述方法記錄銅球滾下時間。我們不只一次重復這個實驗，使二次觀測的時間相差不超過脈搏的十分之一。在完成這一步驟并確證其可靠性之后，就讓銅球滾下全程的1/4，并測出下降時間，我們發(fā)現(xiàn)它正好是滾下全程所需時間的一半。接著我們對其他距離進行實驗，用滾下全程所需的時間和滾下一半距離、三分之二距離、四分之三距離或任何部分距離所用時間進行比較。這樣的實驗重復了整整一百次，我們往往發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過的空間距離恒與所用時間的平方成正比例這對于各種斜度都成立。為了測量時間，我們把一只盛水的大容器置于高處，在容器底部焊上一根口徑很細的管子，用小杯子收集每次球滾下來時由細管流出的水，不管是全程還是全程的一部份，都可以收集到。然后用極精密的天平稱水的重量；這些水重之差和比值就給出時間之差和比值。精密度如此之高，以致于重復許多遍，結(jié)果都沒有明顯的差別。p.s順帶一提伽利略透過斜面實驗研究了單擺理論p.s2在1638年出版的《兩種新科學的對話》中第一次詳細地敘述了落體定律，指出從靜止狀態(tài)開始自由下落的物體，其經(jīng)過的距離同下落的時間平方成正比，實際上這個比值就是重力加速度。但是伽利略沒有給出過一個重力加速度的近似值p.s3第一個最先得出這個近似值是9.8米/秒2的是荷蘭物理學家、數(shù)學家和天文學家惠更斯(ChristiaanHuygens,1629~1695)25最美的十大物理實驗1.用單電子作二、實驗教學的概念1、國外在使用美國英語的國家，實驗教學是“l(fā)aboratoryactivities”；在使用英國英語的國家，實驗教學被稱為“practicalactivities”。

V.N.Lunetta等人認為學校實驗這一術語是指在學校環(huán)境中，學生接觸具體物體或二手的數(shù)據(jù)（例如天文照片和虛擬實驗等），來觀察和理解物質(zhì)世界的經(jīng)歷（Thetermshavemeantexperiencesinschoolsettingswherestudentsinteractwithmaterialstoobserveandunderstandthenaturalworld）。這些活動既包括學生個人的實驗、小組或班級的演示實驗，也包括持續(xù)數(shù)周的探究或項目研究（project），以及在校外進行的相關活動。在韋氏大詞典中，experiment的詞義是為了揭示未知事物所進行的活動或過程；laboratory的詞義是進行科學實驗或研究的地方或建筑物；demonstration的詞義是使事情變得明顯、易懂的活動、過程或手段。26二、實驗教學的概念1、國外262、國內(nèi)意大利人、耶穌會士利瑪竇（MatteoRicci,1552-1610）于明末（1582年）來華，以此為標志，我國的西學東漸活動開始，西方的科學技術知識開始傳入中國，我國也進入近代科學的萌芽階段。在西學東漸的大背景下，大量的科學著作被帶到中國，并通過口授或者翻譯為國人了解。在這一過程中，科學術語也隨之翻譯過來。在我國物理學發(fā)展早期，對其影響最深的是由江南制造局翻譯的《物理學》。這本書是日本的物理學家飯盛挺造編著，騰田豐八和王季烈翻譯的。這是中國第一部全面系統(tǒng)的物理學書籍，我國的“物理學”這一術語也是在這本書中開始被使用的。在這本書中，experiment被譯為“試驗”。在洋務運動推動下，1862年清政府設立了京師同文館，1866年同文館增設天算館，1888年增設格致館，自此物理學在各級各類學校開始開課講授。在解放前，我國科學教學方法深受美國杜威的影響，陶行知的思想具有代表性。在此期間，自制簡單儀器的思想也已出現(xiàn)（解放后，這一思想由朱正元等推廣）。查找中國期刊全文數(shù)據(jù)庫和20世紀我國中小學物理學科課程標準和教學大剛發(fā)現(xiàn)，在解放前演示實驗被稱為“表演實驗”或“示教實驗”，直到解放后1956年，“演示實驗”這一術語才出現(xiàn)在中學物理教學大綱中，與此同時，其它的稱呼也隨之消失。雷樹人最早使用演示實驗這一術語。教學實驗術語的變化原因可能是在解放后，教育界全面學習蘇聯(lián)，“演示實驗”可能是由俄語翻譯而來的。在解放后對我國物理教育界影響較大的是前蘇聯(lián)的茲那敏斯基，他的著作《中學物理教學法》對我國教學論教材的結(jié)構影響深遠。與此同時，在前蘇聯(lián)教育思想的影響下，課外實驗這種實驗類型也在教學中出現(xiàn)。272、國內(nèi)27發(fā)現(xiàn)新事物和探索新規(guī)律驗證理論測定常數(shù)推廣應用

實驗是有目的、有計劃地運用儀器、設備，在人為控制條件下，使現(xiàn)象反復再現(xiàn)，從而進行認真觀測，獲取大量資料的一種科學研究方法。主要特點可控性可重復性主要作用28發(fā)現(xiàn)新事物和探索新規(guī)律實驗是有目的、有計劃地科學實驗與教學實驗的比較科學實驗教學實驗目的發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，探索新規(guī)律幫助學生掌握知識和學習方法，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)。內(nèi)容由需要探索的新問題而定，內(nèi)容是新的，一般是未知的。按一定的教學目的設計，根據(jù)教學實際的需要安排。比較成熟的。形式通過實驗觀察、測量、記錄、計算和分析，總結(jié)出規(guī)律。通過探究等方法使學生形成概念，掌握規(guī)律29科學實驗教學實驗目的發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，探索新規(guī)律幫助學生掌握知識和實驗在教學中的作用1、激發(fā)學生的興趣和求知欲2、創(chuàng)設有效學習環(huán)境、促進學生對知識的掌握3、訓練學生的科學方法4、培養(yǎng)學生的各種能力5、培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和情感30實驗在教學中的作用30實驗教學的主要任務1.獲取和鞏固科學的理論知識，學會測量某些量。2.學會使用基本儀器。3.明確進行實驗的一般規(guī)范。4.能按要求正確完成實驗操作，分析和處理所得實驗數(shù)據(jù)。5.學習操作實驗儀器、觀察現(xiàn)象的基本技能、技巧。6.學習和初步運用誤差理論。7.明了觀察和實驗手段研究現(xiàn)象的基本程序。8.培養(yǎng)學生在實驗中的觀察、思維和操作能力。9.使學生端正實驗態(tài)度，養(yǎng)成良好習慣，培養(yǎng)探索精神。10.使學生感受學習物理的樂趣，激發(fā)求知欲和動手操作興趣。31實驗教學的主要任務31物理實驗教學的基本形式演示實驗學生分組實驗邊教邊實驗課外實驗與制作32物理實驗教學的基本形式演示實驗32物理實驗教學的研究內(nèi)容物理疑難實驗存在的理由物理實驗教學具有特殊性；實驗的難度是相對于教師的知識、能力和經(jīng)驗而言；

33物理實驗教學的研究內(nèi)容物理疑難實驗存在的理由33物理實驗教學的研究內(nèi)容中學物理實驗教學的目的要求與教育功能的研究物理實驗教學原理、方案及其改革的研究；實驗教學心理研究實驗研究的方法、實驗設計、自制教具與學具研制多種實驗手段的研究物理實驗教學的測量個評價研究34物理實驗教學的研究內(nèi)容中學物理實驗教學的目的要求與教育功能的3、我國實驗教學研究的優(yōu)點和存在的不足優(yōu)點在實踐中探索出多種實驗類型對實驗教學功能進行了翔實的研究研究內(nèi)容從籠統(tǒng)到具體文章類型從經(jīng)驗總結(jié)到理論研究不足之處實驗教學策略缺乏細致的研究忽視對學生學習、教學效果的研究教師專業(yè)化發(fā)展研究不足中外實驗研究交流缺乏353、我國實驗教學研究的優(yōu)點和存在的不足優(yōu)在實踐中探索出多種實中學物理實驗教學

專題36中學物理實驗教學

專題1Inthematterofphysics,thefirstlessonsshouldcontainnothingbutwhatisexperimentalandinterestingtosee.Aprettyexperimentisinitselfoftenmorevaluablethantwentyformulaeextractedfromourminds."

-AlbertEinsteinhttp://www.hazelwood.k12.mo.us/~grichert/sciweb/applets.html

一物理實驗的重要性37InthematterofphysiExperimentplaysmanyrolesinscienceOneofitsimportantrolesistotesttheories.Callforanewtheory:anacceptedtheoryisincorrect;anewphenomenonisinneedofexplanation.Experimentcanprovide:hintstowardthetheory;evidencefortheexistenceoftheories.Itmayalsohavealifeofitsown,independentoftheory.Suchexperimentsmayprovideevidenceforafuturetheorytoexplain.Asingleexperimentmayplayseveraloftheserolesatonce./entries/physics-experiment/

38Experimentplaysmanyrolesin物理實驗在物理學研究與發(fā)展中的作用從物理學史看物理實驗的重要性經(jīng)典物理學的建立：近代物理學的建立：力學（伽里略）電磁學（庫侖、法拉第、麥克斯韋）光學（楊氏、菲涅耳）三大發(fā)現(xiàn)（X光、放射性、電子）

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從宏觀到微觀兩朵烏云（黑體輻射、邁－莫實驗）

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從經(jīng)典到近代取自周魯衛(wèi)ppt39物理實驗在物理學研究與發(fā)展中的作用從物理學史看物理材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)（如C60、高溫超導材料等）新材料制備方法的研究（如離子束注入、激光蒸發(fā)等）三、

物理實驗對物理學在其他學科中應用的意義化學：光譜分析、放射性測量、激光分離同位素、量子化學生物：各類顯微鏡雙螺旋結(jié)構的發(fā)現(xiàn)；DNA操縱、切割、重組醫(yī)學：診斷―X光、CT、核磁共振、超聲波治療―放射性、激光、微波、刀材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)新材料制備方法的研究物理實驗對物理學在其他學科中應用的意義取自周魯衛(wèi)ppt40材料：物性測試、新材料的發(fā)現(xiàn)（如C60、高溫超導三、

物理百般呵護好奇心盡情釋放好奇心精心呵護青少年的好奇心全力釋放你的好奇心好奇心是引領推動科學前進的原動力好奇心是推動科學發(fā)展的動力--物理實驗在“全人教育”上有獨特作用取自周魯衛(wèi)ppt41百般呵護好奇心精心呵護青少年的好奇心物理實驗在“全人教育”上

好奇心 是每個健康

孩子天生就

有的，然而它常常過早地消失。----AlbertEinstein取自周魯衛(wèi)ppt42 好奇心 是每個健康取自周魯

丁肇中： “科學很大一個 作用是滿足人的 好奇心，這是人和動物的最大區(qū)別?！薄盀榱嗣屠プ隹茖W是危險的。”取自周魯衛(wèi)ppt43 丁肇中：取自周魯衛(wèi)ppt8

埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300年）

問題：給你一根直桿，你能否測出地球的周長？塞恩城亞歷山大城北回歸線亞歷山大城和塞恩城地球是個球型的證據(jù)人們?nèi)绻麃淼胶＿吘湍芸吹降仄骄€本身便是個巨大的圓弧

確定大地的形狀

亞里士多德時期，他已經(jīng)明確提出，大地是一個球體

埃拉托色尼是一位杰出的數(shù)學家、天文學家、運動學家、詩人、地理學家

排名第二的全能學者

——故事的主角月食時地球的陰影顯然是個圓形

北京時間2008年2月21日（元宵節(jié)）上午9時43分-13時09分天空發(fā)生了一次月全食，由于這次月球食發(fā)生在中國的白天，因此中國公眾無緣直接目睹這次天象。右上圖為烏拉圭首都蒙得維的亞出現(xiàn)的月全食。（北回歸線。夏至，太陽能直射。亞里斯多德是第二聰明的人，他是第二聰明的人。）取自馬世紅ppt44埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300年）

埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）L=360

800/7.2千米取自馬世紅ppt45埃拉托色尼測定地球周長的實驗L=360800

埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）7.2oC=(360o/7.2o)X800km取自周魯衛(wèi)ppt46埃拉托色尼測定地球周長的實驗7.2oC=(360o/7.2

問題2：當你躺在海灘上看到太陽落下而消失在平靜的海面時，如果緊接著站起來，會再一次看到太陽落下。假如能測出這兩次太陽落下對應的時間間隔，你就可以估計出地球的半徑。

那么，這樣的簡易觀察是如何能用來測量地球半徑？取自馬世紅ppt47問題2：當你躺在海灘上看到太陽落下而消失在平d2+r2=(r+h)2，d=HE,d2=2rh+h2，h<<r,d2=2rh/360=t/24h,d=rtan

，h<<r

2h/tan2

r

5.22106m,在公認的地球（平均）半徑（6.37106m）的20％范圍之內(nèi)

DennisRawlins,Am.J.Phys.47(2),1979,126-128d經(jīng)周老師取自馬世紅pptpp設t=11.1s,=0.04625h

=1.70m,48d2+r2=(r+h)2，d=HE,/“怎樣使用表和米尺來測量地球的大小”，Amer.J.Phys.47(2)(1979)126-128取自馬世紅ppt49“怎樣使用表和米尺來測量地球的大小”，Amer.J.P物理學家看物理實驗的重要性

牛頓：“探求事物屬性的準確方法是從實驗中把他們推導出來。……考察我的理論的方法就在于考慮我所提出的實驗是否確實證明了這個理論；或者提出新的實驗去驗證這個理論?！比~企孫：“對于象李政道這樣優(yōu)秀的學生，理論課可以免上，只參加考試；但實驗不能免，每個必做?！?0物理學家看物理實驗的重要性牛頓：“探丁肇中：“我是一個做實驗的工程師。希望通過我的得獎，能提高中國人對實驗的認識。沒有實驗就沒有現(xiàn)代科學技術?！?/p>

楊振寧：“象我這樣有了一點名氣的人也有不好的影響。在國內(nèi)有許多青年人都希望搞我這一行（指搞理論），但是，象我這樣的人，中國目前不是急需。要增加中國的社會生產(chǎn)力需要的是很多會動手的人。”51丁肇中：“我是一個做實驗的工程師。希望通過我的得獎，能提高中結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定性的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，尋找物理規(guī)律，驗證物理定律等等，都只能依靠實驗。離開了實驗，物理理論就會成為“無源之水，無本之木”，不可能得到發(fā)展。從諾貝爾獎看物理實驗的重要性1901年以來的100多年中，獲諾貝爾獎的理論物理學家與實驗物理學家的比為：1:2.2其中，1971年以來的30多年中，獲諾貝爾獎的理論物理學家與實驗物理學家的比為：1:6.552結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定荷蘭夜光公路主題:明年荷蘭將引入夜光公路..

明年荷蘭將引入夜光公路...這就是已開發(fā)國家!可提示天氣發(fā)佈時間：2012年11月01日電動車優(yōu)先車道：被提出的最具創(chuàng)意的想法之一，電動車專用車道可以讓汽車一邊行駛一邊充電能效節(jié)約性：在公路兩旁安裝節(jié)能燈，當駕駛員駕駛著汽車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈就會逐漸熄滅。落實將避免不必要的電能浪費夜光公路：明年荷蘭將引入夜光公路，使用光致冷粉末塗于道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發(fā)光照亮公路，維持時間高達10小時應對惡劣天氣：溫度應答動力學漆，能使透明的冰晶體變得可見據(jù)國外媒體報導，在黑夜中能發(fā)光的想法聽起來比較前衛(wèi)吧，這種公路還能夠為電動車充電，這種公路的部分概念將于明年引入荷蘭。智慧公路的概念在上周的荷蘭設計周活動中被提出，智慧高速公路將採用最新的技術，設計者表示，這種公路將會更可持續(xù)、更安全以及更為直觀。負責該工程的公司表示，他們的目標是將傳統(tǒng)的運輸方式進行革新，將技術的應用物件集中於高速公路，而不是具體的某種交通工具。那些對於未來之路最具大膽想法，都是設立一些專用車道，車道可以讓車輛在行駛的過程中進行充電。設計者還說明了另一項方案，即在公路兩旁安裝節(jié)能燈，當駕駛?cè)藛T駕駛著汽車駛近這些燈時，燈便漸漸點亮；當駛離時，這些燈又會逐漸熄滅。設計者表示，真正有意義上的智慧高速公路距人們的生活還比較遙遠。不過，荷蘭的公路將用一種光致冷光粉末塗上道路分隔線，該材料可在陽光下進行充電，在夜晚就能發(fā)光照亮公路，維持時間可高達10小時。明年將在荷蘭的公路系統(tǒng)中應用的，另一項技術就是採用溫度應答動力學漆，它能使透明的冰晶體在駕駛員面前無所遁形。由荷蘭設計工作室StudioRoosegaarde以及Heijmans提出了智慧公路的想法，該想法在荷蘭設計大獎賽上被授予了“最佳未來概念”稱號。然而，就汽車在公路上行駛?cè)绾芜M行充電的過程還沒有太多的資訊可供研究。StudioRoosegaarde公司在一份聲明中表示，“設計師DaanRoosegaarde與Heijmans正致力於對公路進行創(chuàng)新，一改先前人們集中在汽車駕駛體驗方面創(chuàng)新的思維?！逼鋭?chuàng)新設計概念包括：夜光公路、動力學漆、交互感應燈以及感應優(yōu)先車道這些想法都將在接下來五年內(nèi)逐一實現(xiàn)。該工作室還表示，設計目標就是通過使用交互感應燈來與車道進行互動，從而使車道更可持續(xù)更具交互活動，而且有利於解決特定的交通狀況。53荷蘭夜光公路主題:明年荷蘭將引入夜光公路..18結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定性的因素。發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象，尋找物理規(guī)律，驗證物理定律等等，都只能依靠實驗。離開了實驗，物理理論就會成為“無源之水，無本之木”，不可能得到發(fā)展。54結(jié)論：物理學是一門實驗科學。在物理學的發(fā)展過程中，實驗是決定改變輕視實踐的傳統(tǒng)觀念李約瑟之迷為什么資本主義和現(xiàn)代

科學起源于西歐而不是

中國或其他文明？55改變輕視實踐的傳統(tǒng)觀念李約瑟之迷20

解答“李約瑟之迷”：

“儒家相信宇宙的道德秩序(‘天’)”，

“他們使用‘道’一詞，主要地——如果不是唯一地——是指人類社會里的理想道路或秩序。這在他們對待精神世界和知識的態(tài)度上表現(xiàn)得很明顯。他們固然沒有把個人與社會人分開，也沒有把社會人與整個自然界分開，可是他們向來主張，研究人類的唯一適當對象就是人本身。因此，在整個中國歷史上，儒家反對對自然進行科學的探索，并反對對技術做科學的解釋和推廣?！?李約瑟《中國科學技術史,V.2,科學思想史》P8，

轉(zhuǎn)引自清華大學基礎物理實驗A356解答“李約瑟之迷”：-李約瑟《中國科學技術史,V.2社會上輕視實踐現(xiàn)象----根深蒂固《論語》：樊遲請學稼，子曰：吾不如老農(nóng)。請學為圃，曰：吾不如老圃。樊遲出。子曰：小人哉，樊須也！物理學以實驗為本，但要重視實驗課程學習與科學實驗訓練，就如逆水行舟。57社會上輕視實踐現(xiàn)象----根深蒂固《論語》：樊遲請學稼，子曰SamuelC.C.TingTheNobelPrizeinPhysics1976

EnglishChineseSamuelC.C.Ting'sspeechattheNobelBanquet,December10,1976FromLesPrixNobelen1976,EditorWilhelmOdelberg,[NobelFoundation],Stockholm,1977BanquetSpeech5858SamuelC.C.TingChineseSamuel國王，王后陛下，皇族們，各位朋友：

得到諾貝爾獎，是科學家最大的榮譽。我是在舊中國長大的，因此，想借這個機會向發(fā)展中國家的青年們強調(diào)實驗工作的重要性。中國有句話‘勞心者治人，勞力者治于人’，這種落后的思想對發(fā)展中國家的青年們有很大的害處。由于這種思想，很多發(fā)展中國家的學生都傾向于理論的研究，而避免實驗工作。

事實上，自然科學理論不能離開實驗的基礎，特別是物理學更是從實驗中產(chǎn)生的。

我希望由于我這次得獎，能夠喚起發(fā)展中國家學生們的興趣，而注意實驗工作的重要性。5959國王，王后陛下，皇族們，各位朋友：2424最美的十大物理實驗1.用單電子作的楊氏雙縫干涉實驗（1961）2.伽利略的落體實驗（1600左右）3.密立根油滴實驗（1909）4.牛頓用棱鏡將日光分解為七色的實驗（1665—1666）5.楊氏用光作的干涉實驗（1801）6.卡文迪許用扭秤測定萬有引力常數(shù)的實驗（1798）7.埃拉托色尼測定地球周長的實驗（約公元前300）8.伽利略的斜面實驗（1600左右）9.盧瑟福用粒子散射發(fā)現(xiàn)原子核的實驗（1911）10.佛科擺的實驗（1851）物理實驗之美/Physics/English/top10.htm（現(xiàn)代科學的奠基人伽利略–斜面實驗測重力加速度，困難在哪里？--時間；怎么辦？用什么：脈搏。為什么用斜面？為了使得過程變慢，彌補定時的不準確。）在軌道的一邊釋放一顆鋼珠，如果忽略摩擦力帶來的影響，我們發(fā)現(xiàn)鋼珠從左邊滾下后，再從右邊的斜面滾上，鋼珠將上升到與左邊釋放高度相同的點；若將右邊的傾斜角減小，鋼珠還是上升到原來的高度，但通過的路程比原來更長；假設右邊的軌道為水平，鋼珠想要達到原來的高度，但是鋼珠無法達到原來的高度，鋼珠將永遠運動下去。注意事項1.三次實驗鋼珠都要從斜面相同的度滑下的目的是：保證鋼珠獲得相同的末速度。2.實驗得出得結(jié)論：在同樣條件下，平面越光滑，鋼珠走過的路程越遠。3.伽利略通過“理想斜面實驗”和科學推理，得出的結(jié)論是：力不是維持物體運動的原因。法國科學家笛卡爾補充和完善了伽利略的觀點，他提出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向．伽利略在《兩門新科學》第三天中描述他是怎么做斜面實驗的，取長約12脕尺(1脕尺＝45.7cm)(注2)、寬約半脕尺、厚約三指的木板，在邊緣刻上一條一指多寬的槽，槽非常平直，經(jīng)過打磨，在直槽上貼羊皮紙，盡可能使之平滑，然后讓一個非常圓的、硬的光滑黃銅球沿槽滾下，我們將木板的一頭抬高一、二脕尺，使之略成傾斜，在讓銅球滾下，用下述方法記錄銅球滾下時間。我們不只一次重復這個實驗，使二次觀測的時間相差不超過脈搏的十分之一。在完成這一步驟并確證其可靠性之后，就讓銅球滾下全程的1/4，并測出下降時間，我們發(fā)現(xiàn)它正好是滾下全程所需時間的一半。接著我們對其他距離進行實驗，用滾下全程所需的時間和滾下一半距離、三分之二距離、四分之三距離或任何部分距離所用時間進行比較。這樣的實驗重復了整整一百次，我們往往發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過的空間距離恒與所用時間的平方成正比例這對于各種斜度都成立。為了測量時間，我們把一只盛水的大容器置于高處，在容器底部焊上一根口徑很細的管子，用小杯子收集每次球滾下來時由細管流出的水，不管是全程還是全程的一部份，都可以收集到。然后用極精密的天平稱水的重量；這些水重之差和比值就給出時間之差和比值。精密度如此之高，以致于重復許多遍，結(jié)果都沒有明顯的差別。p.s順帶一提伽利略透過斜面實驗研究了單擺理論p.s2在1638年出版的《兩種新科學的對話》中第一次詳細地敘述了落體定律，指出從靜止狀態(tài)開始自由下落的物體，其經(jīng)過的距離同下落的時間平方成正比，實際上這個比值就是重力加速度。但是伽利略沒有給出過一個重力加速度的近似值p.s3第一個最先得出這個近似值是9.8米/秒2的是荷蘭物理學家、數(shù)學家和天文學家惠更斯(ChristiaanHuygens,1629~1695)60最美的十大物理實驗1.用單電子作二、實驗教學的概念1、國外在使用美國英語的國家，實驗教學是“l(fā)aboratoryactivities”；在使用英國英語的國家，實驗教學被稱為“practicalactivities”。

V.N.Lunetta等人認為學校實驗這一術語是指在學校環(huán)境中，學生接觸具體物體或二手的數(shù)據(jù)（例如天文照片和虛擬實驗等），來觀察和理解物質(zhì)世界的經(jīng)歷（Thetermshavemeantexperiencesinschoolsettingswherestudentsinteractwithmaterialstoobserveandunderstandthenaturalworld）。這些活動既包括學生個人的實驗、小組或班級的演示實驗，也包括持續(xù)數(shù)周的探究或項目研究（project），以及在校外進行的相關活動。在韋氏大詞典中，exper