一、物理实验仪器的认识.ppt
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1、一、中学物理实验教学的危机,1、不重视实验的倾向相当普遍常有这样的观念:理论课已多得要命了,做实验麻烦又吃时间,区区那几个百分比的实验分数就别太在意吧,反正不会吃零蛋就好了。让学生背熟,去应付考试,出现“做实验不如讲实验”,“讲实验不如背实验”的荒谬作法。“黑板实验”现行评价下的社会、家长不“喜欢”。中国传统思想中轻视“动手”。,学校愿意投入数百万信息技术,不愿意投入学生实验设施制作器材客观上,物理实验器材不足,缺少有效率的实验教师,不少物理老师本身不爱动手做实验(我是念理论物理毕业的,很欣赏思想实验,但就是不爱动手做实验)。,2“为做实验而做实验”,学生实验质量不高: “为做实验而做实验”
2、分组实验的“任务型实验”教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项,写得面面俱到学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下,取几个数据,算出结果,填好表格,实验就算完成了。?!,部分学生动手,部分学生则袖手旁观, “合而不作“一个班的学生同一时间做同一个实验,用同一种方法、相同的仪器,都要在规定时间内做完,得出同一结论。“新”?看别人怎么做,自己就怎么做,谈不上去思考。实验报告抄好上交了事。学生不看、教师不安排交流分析!。,3教师实验教学的基本素质普遍下降,实验教学的素质观察实验的素质,实验思维的素质和实验操作的素质,其中实验思维素质和实验操作素质表现在设计和完成实验中,是一种综合性和创造
3、性素质的反映,表现为:,对演示实验和学生分组实验,没有认真做过,不够熟悉,更谈不上实验教学研究。对实验的设计与操作的心理活动不佳,缺乏实验测量的操作技巧,缺乏设计、改进实验和排除故障的能力,缺乏实验考核的命题能力,关键是思想:不重视,没有用没有时间(事实上不愿意投入)严格的实验训练不是简单的,需花很多心力。,认识误区:实验是不是真的没用?,美物理教师协会主席乔.梅尔 “讲给我听的,我会忘记 演示给我看的,我会记得 我动手做的,我会终身不忘” 对认识物理规律一致公认有用物理学是模型学科,实验的检验无可替代,李政道认为,“通过实验得出结果,通过结果求得了解。从实验开始,引出理论,进行解释和猜想,又
4、进行实验。”近代科学研究方法。 16、17世纪的文艺复兴时期,以伽利略为代表的杰出科学家提出“把实验方法与物理规律的研究结合”,把科学的实验方法发展到一个新的高度。,研究方法的特点,把数学和实验密切地结合起来。 “理想化模型”研究方法 设法改变实验的测量条件,使之易于观测。 提出“要用实验去检验理论”。 把实验方法和科学理论联系起来理论演绎和逻辑推理,认识误区:实验真的是工具?,帮助学习“物理知识”?帮助训练“手的技巧”?新课程大纲、新课程标准既是手段、又是目标为“科学探究”服务!,刘炳升先生观点,形象、生动激发学生解决问题的动机;学生自己的观察获取信息,作为思维加工和评价的基础;实验中蕴藏着
5、极其活跃的因素,会出现许多意想不到的问题,对活化知识和训练思维大有益处;,实验活动形式多样,能为各种学生提供全面而又有个性特长的发展条件;实验需要严谨、踏实等优良的作风,这种活动对于塑造人的完善品格具有重要意义。,实验教学功能(美),(1) 感觉功能-观察、体验(2) 训练功能-练习、观察、归纳、验证实验(科学活动)(3) 身教功能-科学、严谨、客观(4) 评价功能-评价理解分析能力,我国对实验能力的培养注重结果评价,(1). 细致而敏锐的观察能力 全面性:整个过程 例:“电磁感应现象”深刻性:隐蔽现象 例:“浮沉子”“酒精灯”“水银和水的液面”锐敏性:敏捷变化 例:“振动运动情况”准确性:正
6、确的习惯与减少误差 例:“读数目光正对(镜反射)”,直接观察(感官看、听、闻、尝、感)间接观察(工具观测仪器设备 )扩大了观察范围。提高观察的精确性,克服感官造成的错觉。 提高观察速度,分辨肉眼无法辨别的变化。 能使感觉形式发生转换,没有直接观察直接生动、简便易行;仪器发生问题,导致观察失误。这是间接观察一大弊端,“不要迷信仪器”。观察不能改变和控制对象。胆大心细,(2). 准确的仪器操作能力a基本仪器的使用:了解仪器构造原理,按使用要求操作b合理组装(连接)仪器:布局合理,组装规范,便于观察、读数和操作。c综合操作,实验人为地干预、变革和尽可能控制自然现象。“实验精髓在于控制”纯化研究对象
7、排除次要、外在和偶然因素的干扰 强化研究对象 超高(低)温度、压强、场等等)条件再现、加速和模拟自然过程可重复,实验可以分为直接实验和模拟实验。 模拟实验 :几何模拟 动力相似模拟 替代、类比模拟 电路模拟 计算机模拟,(3) 分析和处理实验数据的能力,a.实验数据的记录和处理实验数据的处理方法,通常有列表法、图象法和函数法三种 b.实验测量误差的分析和减少方法c.实验数据的处理、物理规律的得出-由来注意:实验结果数据与实验结论的区别,光的折射光的折射实验最早可以追溯到古希腊。据考证,约公元年,天文学家克劳第斯托勒密专门做了“光从空气到水中发生折”的实验。数据折射定律的正确表述是年荷兰数学家斯
8、涅耳从实验中得到的。,二、物理实验仪器的认识,(一)常用量具的精密度、准确度、精度,1. 量具仪表的精密度 一般是指量具仪表的最小分度,米尺一般为1mm精密度为1mm 电表一格为0.2A精密度为0.2A 依此可以确定每次测量最大误差不超过1/2最小分度(精密度),2、 量具仪表准确度,指仪表在规定的使用条件下工作时基本误差(额定最大误差) -“读数再准确也是可能有的”GB776-76电气测量指示仪表通用技术条例规定.仪表准确度 0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0基本误差(%)0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5 5.0其中中学常用仪器仪表的准确度为1.5 2.5
9、5.0,3、量具仪表的精度,是泛指名词,既包含精密度,也包含差准确度一般:电表、计时仪表、万用表、示波器- 精度指准确度 米尺、游标、量筒、温度计-精度指精密度 天平:精度级别是其感量/称量之比.,精度级别 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,感量/称量,中学常用的十级天平就是感量为100 mg 50mg 20mg 称量为1000g 500g 200g 的物理天平,(二)教学仪器的型号和仪器上常见符号,1、型号 现行我国教学仪器型号以J打头 例:J1204 J 12 04 序列号 教学仪器 大类号1通用仪器、小类号12电源 (大、小类号见附表) 例:J2122滑轮组 J2354滑动变阻器
10、 J0409 J-DBX直流电表,2常用仪器上的标记,游标卡尺: 0.05mm 0.002mm 精密度 0-125mm 0-150mm量程天平:感量 20 mg 50mg 称量 200g 500g滑动变阻器: 0-100 0-2000 调节范围 2A 0.3A 额定电流(允许通过最大电流),电阻箱: 0-9999 电阻变化范围 1最小进位 1.5精度等级 0.05 零电阻开关标记: 转动标记:,3仪器表盘面上的符号,接线,绝缘,A,B,C,1,111,11,准确度,(三)认识仪器的一般过程, 根据有关知识和资料(仪器说明书),了解仪器的型号、原理和结构。 掌握仪器的精度、性能、用途和使用方法。
11、 检查仪器零部件是否完整对照仪器装箱单。 基本功能是否正常进行具体实验。简单仪表可以简化;复杂仪器设备注意安装、调试应由生产厂家或销售商负责。,以中学常用电压表为例说明:型号:J0408-电压表符号: 表盘位置竖直放置 磁电式测直流 1000伏电压试验 准确度构造原理: 阅读有关资料、说明书,性能: 测定0-3 0-15 接线柱检查:1.轻晃电表-指针转动是否灵活2.竖直放稳,调表盘下方螺丝-调零位 3.电源(15 )负端接“-”正端:轻触搭接 能指示电压值:说明测量机构良好可以使用 4.准确测定-标准电源(或标准电表对比测量 ),正确使用仪器时应注意:1. 测量前调零位否则测量数据不准确。2
12、. 测量时注意量程、正负极和使用条件。3. 电阻测量:被测量在中值的1/10-10倍之间 其他测量:被测量在中间值附近(左右各留1/3,三、 物理仪器的读数,表述一:(中学物理教材) “要求学生估读到测量仪器最小分量的十分之几”。中学不要求用误差分析只有在指针很细宽度小于最小分度的10分之一才可以。(一般可以满足),表述二: (普通物理教材)龚镇雄“一般 情况下,仪器读数最后一位是读数误差所在的位” 事实上还是由最小分度实际宽度和指针粗细决定,仪器要求,(A)仪器仪表的构造和原理;(B)刻度方法、最小刻度和准确度;(C)读数及有效数字。从历年的考题可知,考试的重点是:(甲)游标卡尺及螺旋测微器
13、的读数方法;(乙)电流表、电压表的刻度认识及读数;(丙)欧姆表的测量原理、正确操作方法、读数及根据待测电阻选择挡位。,中学物理读数要求掌握的包括以下几个方面:1. 刻度尺2. 游标卡尺、螺旋测微器(千分尺)3.安培表、伏特表读数方法 4.欧姆表读数方法 5.秒表 6.天平7.温度计8.弹簧秤9.电阻箱10.打点计时器。,读数公式,1.游标卡尺: 主尺 最小分度1mm游标20个小等分刻度-每个0.05mm(1/20) 读数公式:主尺刻度+标分度量刻度数,2.千分尺: 固定刻度尺 0.5mm最小分度 可动刻度尺 0.01mm最小分度 可估读到 0.001mm 读数公式:固定尺刻度数+可动刻度数+估
14、读数,3.安培表、伏特表-目光垂直于指针 左偏数偏大 右偏数偏大读数公式: 大刻度数+分度值小刻度数+分度值估读数,量程03时 最小分度:0.1 读数=2+0.14+0.15/10=2.45量程为00.6A时 最小分度数0.02 读数=0.4+0.024+0.025/10=0.490量程为015时 最小分度0.5A 读数=10+0.54+0.55/10=12.25A,4.欧姆表 万用表 欧姆档 调零 指针在中间1/3内 不在其内“换档” 读数公式:刻度数档位读数 读数241000 =24K 要测:3000 选档 100 调零 读数,5.秒表1. 机械表:-中学实验中用 大:秒针 长针 每小格0
15、.1秒 (齿轮结构不可能停留其间 不可估读0.1秒) 小:分针 短针 15分 每小格0.5分 30分 每小格1分读数公式:t1短针读数+t2长针读数,四、物理实验规范训练,良好的实验习惯,是做好物理实验的重要条件。 (一)存在的问题学生毫无准备地进入实验室,在不了解仪器性能、操作规范的情况下,乱动仪器;不严格按正确、规范的方法实验,例如:使用天平时,并不预先调整好,在启动状态下动砝码;使用千分尺时,不用尾部棘轮;电路换接电线不断开电源;等等;,测量、读数马马虎虎,只要“差不多”即可;记录读数不设计表格,任意涂改;更有甚者,边实验边说笑打闹。,(二)怎样培养学生良好的实验习惯,1、提高学生对这个
16、问题的认识。据了解,有的学生并不是不知道实验的有关规范,而是认为这是小事,不按规范,随意为之也无碍;更有些学生认为实验规范是一种额外的束缚、约束,不去理会。根据现代教育理论,学习的主体是学习者学生,因此,必须让学生有这样的认识:实验规范是保证实验正常进行的必要手段。,2、结合具体的实验,强化实验常规训练。实验常规训练应该说不是实验教学的全部,但是它是一个基础。 (1)注重常用基本仪器的训练 常用基本仪器的使用训练首先应在学生头脑中树立这样一个基本思想:每个实验仪器都是科学研究的工具,不是日常生活中的计量器具。也就是说,实验中应该规范、认真地操作仪器。,认识仪器, 通过仔细观察仪器的表面或表盘,
17、熟悉仪器的可测量、测量范围、精度(精密度或准确度),以及接线柱(连接口),等等;通过阅读说明书、铭牌,或由老师讲解,了解仪器的基本构造、性能,使用注意事项,掌握使用方法 。,操作仪器,检查仪器是否符合测量条件:仪器接入是否正确?估计待测量是否在仪器量程内?使用前仪器是否调零?仪器放置是否正确?等等;按仪器的精密度要求,正确、科学地读数。实验操作必须人人动手。应该注意:个别学生会由于不懂,或由于了解了操作步骤,就不去操作。事实上许多实验技巧只能在动手操作中才能体会到 。,以中学基本仪器直尺为例,观察 直尺可测范围、最小分度(读数最后为最小分度的十分之一)。 测量 与待测物平行,并尽量靠近;无法靠
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