中學物理實驗教學案例及操作指導物理實驗是中學物理教學的重要組成部分，是落實核心素養(yǎng)、培養(yǎng)學生實踐能力與科學探究精神的關鍵環(huán)節(jié)。優(yōu)質(zhì)的實驗教學案例不僅能夠幫助學生深化對物理概念和規(guī)律的理解，更能引導他們體驗科學研究的基本過程，提升分析問題與解決問題的能力。本文將結合中學物理教學實際，選取若干典型實驗案例，從實驗設計、操作要點、數(shù)據(jù)處理到教學反思等方面進行詳細闡述，以期為一線物理教師提供具有操作性的教學參考。一、力學實驗案例：探究滑動摩擦力的大小與哪些因素有關力學是物理學的基礎，而摩擦力作為一種常見的力，其概念的建立和規(guī)律的探究對于學生理解力與運動的關系至關重要。本實驗旨在通過學生自主探究，歸納出影響滑動摩擦力大小的主要因素，滲透控制變量法的科學思想。（一）實驗目的1.探究滑動摩擦力的大小與壓力大小的關系。2.探究滑動摩擦力的大小與接觸面粗糙程度的關系。3.學習使用彈簧測力計測量滑動摩擦力的方法。4.體驗科學探究的基本過程，學習控制變量法的應用。（二）實驗原理當一個物體在另一個物體表面上做勻速直線運動時，根據(jù)二力平衡條件，物體所受的滑動摩擦力大小等于彈簧測力計對物體的拉力大小。通過改變壓力大小或接觸面的粗糙程度，觀察彈簧測力計示數(shù)的變化，從而分析滑動摩擦力的變化。（三）實驗器材彈簧測力計（量程合適，已校零）、長方體木塊（帶掛鉤）、砝碼若干、粗糙程度不同的長木板（如木板、砂紙面木板）、毛巾。（四）實驗步驟1.檢查器材：觀察彈簧測力計的量程和分度值，確保指針指在零刻度線處。檢查木塊和木板是否平整，掛鉤是否牢固。2.探究與壓力的關系：*將一塊長木板平放在水平桌面上。*用彈簧測力計水平拉著木塊在長木板上做勻速直線運動，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F?，并記錄為木塊受到的滑動摩擦力f?。*在木塊上放上一個砝碼，增大壓力。重復步驟2，讀出彈簧測力計的示數(shù)F?，記錄為f?。*再增加一個砝碼，重復步驟2，讀出彈簧測力計的示數(shù)F?，記錄為f?。3.探究與接觸面粗糙程度的關系：*保持木塊上砝碼數(shù)量不變（或僅用木塊），將另一塊表面更粗糙的木板（或在原木板上鋪毛巾）平放在水平桌面上。*用彈簧測力計水平拉著木塊在新的接觸面上做勻速直線運動，讀出彈簧測力計的示數(shù)F?，記錄為f?。*可以更換不同粗糙程度的接觸面，重復上述操作，記錄數(shù)據(jù)f?等。4.整理器材：實驗完畢，將器材擦拭干凈，放回原處。（五）數(shù)據(jù)記錄與處理設計如下數(shù)據(jù)記錄表：實驗序號實驗條件彈簧測力計示數(shù)F/N滑動摩擦力f/N:-------:---------------------------:----------------:------------1木塊，木板表面2木塊+1個砝碼，木板表面3木塊+2個砝碼，木板表面4木塊（或木塊+1砝碼），毛巾表面5（可選）其他接觸面*分析數(shù)據(jù)：比較1、2、3次實驗數(shù)據(jù)，得出滑動摩擦力與壓力大小的關系；比較1與4（或2與4，需控制壓力相同）次實驗數(shù)據(jù)，得出滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關系。（六）實驗結論1.在接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大。2.在壓力相同時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。（七）注意事項1.勻速拉動：實驗中必須保證彈簧測力計拉著木塊做勻速直線運動，此時拉力才等于摩擦力。這是實驗成功的關鍵，教師應引導學生體會勻速狀態(tài)的判斷。2.水平方向：彈簧測力計必須沿水平方向拉動木塊，且拉力方向與木板平行。3.避免振動：實驗過程中，木板應保持靜止，避免晃動。4.先調(diào)零：實驗前務必檢查彈簧測力計是否調(diào)零，若未調(diào)零，需進行調(diào)整。5.多次測量：為提高結論的可靠性，每種條件下可進行多次測量取平均值（尤其針對學生操作不熟練的情況）。6.變量控制：探究一個因素時，必須保證其他因素不變。例如，探究壓力影響時，接觸面粗糙程度要相同；探究粗糙程度影響時，壓力要相同。（八）教學反思與拓展*難點突破：學生在操作中往往難以準確判斷“勻速直線運動”狀態(tài)，導致讀數(shù)偏差。教師可演示或引導學生通過觀察彈簧測力計示數(shù)是否穩(wěn)定來輔助判斷，或采用“斜面小車”等替代方案間接顯示平衡狀態(tài)。*誤差分析：除了操作因素，彈簧測力計本身的精度、木板是否絕對水平、接觸面是否均勻等都會帶來誤差，可引導學生思考。*拓展延伸：可以提問“滑動摩擦力的大小與接觸面積有關嗎？”引導學生設計實驗進行探究（改變木塊的放置方式，如平放與側放），進一步強化控制變量法的應用。還可以討論滾動摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)別。二、電學實驗案例：測量小燈泡的電功率電學實驗是中學物理的重點和難點，涉及儀器的規(guī)范使用、電路的連接、數(shù)據(jù)的精確讀取等多個方面?！皽y量小燈泡的電功率”實驗能夠綜合考查學生對歐姆定律、串并聯(lián)電路特點以及電功率公式的理解與應用。（一）實驗目的1.理解電功率的測量原理，學會用電壓表和電流表測量小燈泡的電功率。2.測量小燈泡在額定電壓下的電功率（額定功率）和在實際電壓下的電功率（實際功率）。3.觀察小燈泡在不同電壓下的發(fā)光情況，理解實際功率與額定功率的關系。（二）實驗原理根據(jù)電功率公式P=UI，用電壓表測出小燈泡兩端的電壓U，用電流表測出通過小燈泡的電流I，即可計算出小燈泡的電功率P。（三）實驗器材電源（干電池組或?qū)W生電源，電壓略高于小燈泡的額定電壓）、小燈泡（標明額定電壓，如“2.5V”）、滑動變阻器（規(guī)格需與電源電壓和小燈泡額定電流匹配）、電壓表、電流表、開關、導線若干。（四）實驗步驟1.觀察與檢查器材：*記錄小燈泡的額定電壓U額。*檢查電壓表、電流表指針是否指零，量程是否合適（電壓表選略大于U額的量程，電流表根據(jù)I額=P額/U額估算或選較大量程試觸）。*了解滑動變阻器的最大阻值和允許通過的最大電流，明確其“一上一下”的接線柱。2.設計與連接電路：*根據(jù)實驗原理，畫出實驗電路圖（小燈泡、電流表、滑動變阻器串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在小燈泡兩端）。*按照電路圖連接實物電路。連接時，開關應處于斷開狀態(tài)；滑動變阻器的滑片應移到阻值最大處（以保護電路）；電壓表、電流表的“+”接線柱應靠近電源正極一側，“-”接線柱靠近電源負極一側；注意選擇合適的量程。3.試觸與檢查：*電路連接完畢，經(jīng)教師檢查無誤后，閉合開關前進行試觸：將開關迅速閉合再斷開，觀察電表指針偏轉方向是否正確、偏轉角度是否過大（若過大，需更換更大量程）。*若有異常，立即斷開開關，檢查電路連接是否有誤。4.測量與記錄：*額定功率測量：閉合開關，緩慢移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)恰好等于小燈泡的額定電壓U額。此時觀察小燈泡的發(fā)光情況，讀出電流表的示數(shù)I額，記錄U額和I額。*實際功率測量（低于額定電壓）：移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)U?低于額定電壓（如U?=0.8U額或U?=2V，具體視U額而定）。觀察小燈泡的發(fā)光情況（比正常發(fā)光暗），讀出此時電流表的示數(shù)I?，記錄U?和I?。*實際功率測量（高于額定電壓）：再次移動滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)U?略高于額定電壓（注意不超過額定電壓的1.2倍，以免損壞小燈泡）。觀察小燈泡的發(fā)光情況（比正常發(fā)光亮），讀出此時電流表的示數(shù)I?，記錄U?和I?。*（可選）改變滑動變阻器滑片位置，多測幾組數(shù)據(jù)。5.整理器材：實驗完畢，先斷開開關，再拆除導線，將器材整理好放回原處。（五）數(shù)據(jù)記錄與處理設計如下數(shù)據(jù)記錄表：實驗序號電壓表示數(shù)U/V電流表示數(shù)I/A電功率P/W小燈泡發(fā)光情況:-------:------------:------------:--------:-------------1U?=（低于U額）2U?=U額3U?=（高于U額）*根據(jù)P=UI分別計算出各次實驗的電功率P?、P?（額定功率）、P?。*比較不同電壓下的電功率值和對應的發(fā)光情況。（六）實驗結論1.小燈泡在額定電壓下工作時，其實際功率等于額定功率，此時小燈泡正常發(fā)光。2.當實際電壓低于額定電壓時，實際功率小于額定功率，小燈泡發(fā)光較暗。3.當實際電壓高于額定電壓時，實際功率大于額定功率，小燈泡發(fā)光較亮，但容易損壞。（七）注意事項1.電路連接：*開關斷開，滑片置于阻值最大處，這是電學實驗的“黃金法則”，必須強調(diào)。*電表“正進負出”，量程選擇要合適（可采用試觸法選擇量程）。*滑動變阻器要“一上一下”串聯(lián)接入電路。*電壓表應與小燈泡并聯(lián)，電流表應與小燈泡串聯(lián)。2.安全操作：*電源電壓不宜過高，防止小燈泡因電壓過高而燒毀。*測量高于額定電壓的實際功率時，時間不宜過長，讀數(shù)后立即斷開開關或調(diào)小電壓。3.數(shù)據(jù)讀取：電表讀數(shù)時，視線應與刻度盤垂直，估讀到最小分度值的下一位（若最小分度值是1、0.1等）。4.故障排查：若閉合開關后，燈泡不亮、電表無示數(shù)或示數(shù)異常，引導學生從斷路、短路、接線錯誤等方面進行排查。（八）教學反思與拓展*難點剖析：滑動變阻器的作用（保護電路、改變用電器兩端電壓）是本實驗的核心知識點之一。學生常難以理解為何要移動滑片，以及如何通過滑片移動精確控制電壓。教師應結合電路圖進行動態(tài)分析。*對比深化：將本實驗與“伏安法測電阻”實驗進行對比，分析兩者在實驗原理、電路連接、數(shù)據(jù)處理等方面的異同點，幫助學生構建知識網(wǎng)絡。*拓展思考：若缺少電流表或電壓表，如何利用已知阻值的定值電阻和剩余電表測量電功率？引導學生思考“安阻法”或“伏阻法”，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。三、實驗教學的共性策略與建議無論是力學實驗還是電學實驗，乃至其他領域的物理實驗，在教學過程中都應遵循一些共性的原則和策略，以提高實驗教學的有效性。1.明確實驗目標，突出探究本質(zhì)：實驗教學不應僅僅是“照方抓藥”式的操作，更要引導學生理解“為什么做”、“怎么做”、“說明了什么”。要將知識目標、能力目標和情感態(tài)度價值觀目標融入實驗全過程，鼓勵學生主動思考、大膽質(zhì)疑、積極參與。2.強化安全教育，規(guī)范操作流程：安全是實驗教學的首要前提。教師需在實驗前強調(diào)安全注意事項，對有潛在危險的操作進行重點提示和示范。嚴格要求學生按照規(guī)范步驟操作儀器，培養(yǎng)良好的實驗習慣。3.注重方法指導，培養(yǎng)科學素養(yǎng)：在實驗中滲透控制變量法、轉換法、等效替代法等科學研究方法。引導學生學習觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、分析誤差、得出結論的科學探究步驟，培養(yǎng)其嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的精神。4.鼓勵合作交流，促進共同進步：可以根據(jù)實驗難度和學生情況，組織小組合作進行實驗。小組成員分工協(xié)作，共同完成實驗任務，并進行組內(nèi)討論和組間交流，分享經(jīng)驗，解決問題，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力和溝通表達能力。5.善用現(xiàn)代技術，優(yōu)化實驗效果：適當引入數(shù)字化實驗設備（如傳感器、數(shù)據(jù)采集器、DIS系統(tǒng)）等現(xiàn)代教育技術，可以彌補傳統(tǒng)實驗的不足，更精確地采集數(shù)據(jù)、動態(tài)地展示過程，激發(fā)學生的學習興