高中物理实验汇总.doc

新课标高中物理 实验教学教案资料汇总 隆回一中物理组周宝 新课标高中物理实验教案 任课教师 周宝 物理实验的目的与要求 1、实验目的 (1)教会学生用实验研究物理现象与规律，包括： 　　A.正确选择实验方法与实验器材。 　　B.学会控制实验条件。 　　C.知道如何实验、判断结果的可靠程度。 (2)帮助学生理解和掌握有关课程内容和重要的物理概念，以形成物理思想， 培养解决物理问题的能力 　 (3)通过实验培养掌握基本物理量的测量方法，以培养实验技能。 (4)培养学生严谨的实验态度、科学的实验方法及良好的实验习惯。 2、做好实验的基本要求 (1)实验前必须做好如下准备： 　　①明确实验目的，弄懂实验原理 　　②了解仪器性能，熟悉操作步骤 　　③设计记录表格，掌握注意事项 (2)实验中必须手脑并用，做到心到、眼到、手到。 　　①仔细调整实验装置，正确使用实验仪器 　　②保证满足实验条件，注意规范实验操作 　　③认真观察实验现象，客观记录实验数据 (3)实验后必须对数据进行处理： 　　①尊重实验客观事实，正确分析记录数据 　　②合理做出实验结论，独立完成实验报告 常用基本仪器的使用与读数 物理《考试说明》中要求学生熟练掌握的基本仪器有13种，除打点计时器和滑动变阻器不需要读数外，其余11种都涉及到读数问题。 （一）测量仪器使用常规 对于测量仪器的使用，首先要了解测量仪器的量程、精度、使用注意事项和读数方法。 1．关于量程问题：这是保护测量仪器的一项重要参数，特别是天平、弹簧秤、温度计、电流表、电压表和多用电表等，超量程使用会损坏仪器，所以实验时要根据实验的具体情况选择量程适当的仪器。在使用电流表、电压表时，选用量程过大的仪器，采集的实验数据过小，会造成相对误差较大，应选择使测量值位于电表量程的1/3以上的电表；使用多用电表测电阻时，应选择适当的档位，使欧姆表的示数在电表的中值附近。 2．关于精度问题：所选用仪器的精度直接影响着测量读数的有效数字的位数，因此应在使用前了解仪器的精度，即看清仪器的最小分度值。其中螺旋测微器和秒表的最小分度是一定的。但游标卡尺上游标尺的最小分度、天平游码标尺的最小分度、弹簧秤和温度计刻线的最小分度，都因具体的仪器情况不同而有所差异，电流表、电压表和多用电表则会因所选择的档位不同而造成最小分度值有所不同，因此在进行这些仪器的读数时，一定要看清所选的档位。 3．使用注意事项：一般不同的仪器在使用中都有其特殊的要求，以下几点要特别注意： ⑴天平在进行测量前应先调平衡。 ⑵打点计时器所用电源要求为4～6V的交流电源。 ⑶多用电表的欧姆档每次换档后要重新调零，被测电阻要与电路断开，使用完毕要将选择开关转至交流电压最高档或“OFF”档。 ⑷滑动变阻器、电阻箱和定值电阻使用过程中要考虑其允许的最大电流。滑动变阻器采用限流接法时，滑动触片开始应位于变阻器阻值最大的位置；滑动变阻器采用分压接法时，滑动触片开始应位于分压为零的位置。 ⑸电阻箱开始应处于阻值最大状态，调整电阻箱的阻值时，不能由大到小发生突变，以免因为阻值过小而烧坏电阻箱。 （二）测量仪器的读数方法 1．需要估读的仪器：在常用的测量仪器中，刻度尺、螺旋测微器、电流表、电压表、天平、弹簧秤等读数时都需要估读。因为最终的读数要以有效数字的形式给出，而有效数字的最后一位数字为估计数字，应和误差所在位置一致，在实际操作中，究竟估读到哪一位数字，应由测量仪器的精度（即最小分度值）和实验误差要求两个因素共同决定。 　　根据仪器的最小分度可以分别采用1/2、1/5、1/10的估读方法，一般： 最小分度是2的，（包括0.2、0.02等），采用1/2估读，如安培表0～0.6A档； 最小分度是5的，（包括0.5、0.05等），采用1/5估读，如安培表0～15V档； 最小分度是1的，（包括0.1、0.01等），采用1/10估读，如刻度尺、螺旋测微器、安培表0～3A档、电压表0～3V档等，当测量精度要求不高或仪器精度不够高时，也可采用1/2估读。 2．不需要估读的测量仪器：游标卡尺、秒表、电阻箱在读数时不需要估读；欧姆表刻度不均匀，可以不估读或按半刻度估读。 ⑴游标卡尺的读数：游标卡尺的读数部分由主尺(最小分度为1mm)，和游标尺两部分组成。按照游标的精度不同可分为三种：（a）10分游标，其精度为0.1mm；（b）20分游标，其精度为0.05mm；（c）50分游标，精度为0.02mm。游标卡尺的读数方法是：以游标零刻度线为准在主尺上读出整毫米数L1，再看游标尺上哪条刻度线与主尺上某刻度线对齐，由游标上读出毫米以下的小数L2，则总的读数为：L1+ L2。 ⑵机械秒表的读数：机械秒表的长针是秒针，转一周是30s。因为机械表采用的齿轮传动，指针不可能停留在两小格之间；所以不能估读出比0.1 s更短的时间。位于秒表上部中间的小圆圈里面的短针是分针，表针走一周是15 min，每小格为0.5 min。秒表的读数方法是：短针读数（t1）+长针读数（t2）。 ⑶电阻箱：能表示出接入电阻值大小的变阻器；读数方法是：各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，它们之和就是电阻箱接入电路的阻值。使用电阻箱时要特别注意通过电阻的电流不能超过允许的最大数值。 高中物理实验常用基础知识 （一）常用实验原理的设计方法 1．控制变量法：如：在“验证牛顿第二定律的实验”中，加速度、力和质量的关系控制。在“研究单摆的周期”中，摆长、偏角和摆球质量的关系控制等等。 2．理想化方法：用伏安法测电阻时，选择了合适的内外接方法，一般就忽略电表的非理想性。 3．等效替代法：某些量不易测量，可以用较易测量的量替代，从而简化实验。在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，在将整个平抛时间定为时间单位后，速度的测量就转化为对水平位移的测量了。 4．模拟法：当实验情景不易创设或根本无法创设时，可以用物理模型或数学模型等效的情景代替，尽管两个情景的本质可能根本不同。“描绘电场中的等势线”的实验就是用电流场模拟静电场。 5．微小量放大法：微小量不易测量，勉强测量误差也较大，实验时常采用各种方法加以放大。卡文迪许测定万有引力恒量，采用光路放大了金属丝的微小扭转；在观察玻璃瓶受力后的微小形变时，使液体沿细玻璃管上升来放大瓶内液面的上升。 （二）常见实验数据的收集方法 1．利用测量工具直接测量基本物理量 模块 基本物理量 测量仪器 力学 长度 刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器 时间 秒表（停表）、打点计时器 质量（力） 天平（弹簧秤） 电学 电阻（粗测） 欧姆表、电阻箱 电流（电压） 电流表（电压表） 热学 温度 温度计 2．常见间接测量的物理量及其测量方法 有些物理量不能由测量仪器直接测量，这时，可利用待测量和可直接测量的基本物理量之间的关系，将待测物理量的测量转化为基本物理量的测量。 模块 待测物理量 基本测量方法 力学 速度 ①利用纸带，；②利用平抛， 加速度 ①利用纸带，逐差法；②利用单摆 功 根据转化为测量m、v 电学 电阻（精确测量） ①根据转化为测量U、I（伏安法）；②电阻箱（半偏、替代） 电功率 根据P=UI转化为测量U、I 电源电动势 根据E＝U＋Ir转化为测量U、I 然后联立方程求解或运用图像处理 （三）常用实验误差的控制方法 为了减小由于实验数据而引起的偶然误差，常需要采用以下方法控制实验误差。 1．多次测量求平均值，这是所有实验必须采取的办法，也是做实验应具有的基本思想。 2．积累法。一些小量直接测量误差较大，可以累积起来测量，以减小误差。“用单摆测定重力加速度”的实验中，为了减小周期的测量误差，不是测量完成一次全振动的时间，而是测量完成30-50次全振动的时间。 （四）常用实验数据的处理方法 1．列表法：在记录和处理数据时，常将数据列成表格。数据列表可以简单而又明确的表示出有关物理量之间的关系，有助于找出物理量之间的规律性的联系。列表的要求是①写明表的标题或加上必要的说明；②必须交待清楚表中各符号所表示的物理量的意义，并写明单位；③表中的数据要正确反映测量结果的有效数字。 2．作图法：用作图法处理实验数据是物理实验中最常用的方法之一。用作图法处理数据的优点是直观、简便，有取平均的效果，由图线的斜率、截距、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系，找出规律。作图的规则是：①作图一定要用坐标纸．坐标纸的大小要根据测量数据有效数字的多少和结果的需要来定；②要标明坐标轴名、单位，在轴上每隔一定相等的间距按有效数字位数标明数值；③图上连线要是光滑曲线（或直线），连线时不一定要通过所有的数据点，而是要使数据点在线的两侧合理的分布；④在图上求直线的斜率时，要选取线上相距较远的两点，不一定要取原来的数据点；⑤作图时常设法使图线线性化，即“化曲为直”。 3．平均值法：将测定的若干组数相加求和，然后除以测量次数．必须注意，求取平均值时应该按原来测量仪器的准确度决定保留的位数。 4．逐差法：这就是用打点计时器打出的纸带计算加速度时用到的方法，这种方法充分利用了测量数据，具有较好的取平均的效果。 （五）有关误差分析的问题 要求认识误差问题在实验中的重要性，了解误差的概念，知道系统误差和偶然误差；知道用多次测量求平均值的方法减小偶然误差；能在某些实验中分析误差的主要来源；不要求计算误差。要熟练掌握常见实验的误差情况及分析方法。 课题： 实验一：用打点计时器测速度 课型： 实验 一、教学目标 1．了解两种打点计时器的结构和工作原理。 2．会安装并使用打点计时器。 3．理解根据纸带测量速度的原理并测量瞬时速度。 4．明确速度—时间图象的意义，描点法画图象的方法，并画出该实验中的速度—时间图象。 二、教学重点 1．打点计时器的使用。 2．由纸带计算物体运动的瞬时速度。 3．画物体的速度—时间图象。 三、教学难点 1．对纸带数据的处理 2．画图象的方法。 四、教学方法 教师启发、引导，学生自主阅读、思考，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。 五、教学过程 1、打点计时器的原理构造（如图） 实验原理：（1）电磁打点计时器：它是利用电磁感应原理打点计时的一种仪器，当通过4—6V低压交流电时，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便上下振动起来，位于振片一端的振针就跟着上下振动而打点，这时，如果纸带运动 ，振针就在纸带上打出一系列点，当交流电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔为0.02s。 （2）电火花计时器：它是利用火花放电在纸带上打出小孔而显示点迹的计时仪器。当接通220V交流电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经接正极的放电针、墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在运动纸带上就打出一系列点迹。当电源频率为50Hz时，它也是每隔0.02s打一次点，即打出的纸带上每相邻两点间的时间间隔也是0.02s。 电火花计时器工作时，纸带运动时受到的阻力小，比电磁打点计时器实验误差小。 打在纸带上的点，记录了纸带运动的时间，如果把纸带跟物体连在一起，纸带上的点就相应地表示出运动物体在不同时刻的位置。 2、实验器材 电磁打点计时器（或电火花计时器）及纸带、刻度尺、电源、导线等。 3、纸带分析物体的运动情况并能计算平均速度。