高中物理學生實驗的拓展

涂富根

【關鍵詞】實驗 拓展 能力 創新 實踐

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）05-0176-01

高中物理中學生的分組實驗教學，是高中物理教學中的重要組成部分，是學生探索物理規律，全面掌握物理知識；培養學生的科學態度、實踐和創新能力；提高學生興趣的好教材。從近幾年各省的高考來看，實驗題都占18分左右，考的內容幾乎都是學生的分組實驗，演示實驗考得比較少，但從考題來看，并不是原原本本學生分組實驗，而是基于學生分組實驗的基礎上的變形題，著重培養學生的實驗探究能力和創新能力。因此，高中物理的學生分組實驗是非常重要的，這就需要加強學生的實驗探究來達到目的。在平時的實驗教學中，既要很好地忠實教材，使學生全面理解實驗的原理和實驗的方法，同時又要結合學生的實際，引導學生對一些分組實驗進行拓展，使學生的實踐能力和創新精神得到充分培養；學生學習物理的積極性和主動性得到充分發揮。下面我就如何對學生的分組實驗進行拓展，以培養學生的實踐能力和創新精神，談談我的體會。

1.對測量的技巧進行拓展

物理學史告訴我們，實驗測量的技巧對于解決一些物理實驗難題至關重要，例如英國的卡文迪許巧妙地設計“扭秤裝置”比較準確地測出引力常量，使牛頓的萬有引力定律有了真正的實用價值；美國的物理學家邁克爾遜巧妙地應用旋轉正八面棱鏡的方法，比較準確地測出了光的傳播速度，英國的物理學家托馬斯·楊巧妙地讓一束平行的單色光投射到一個有兩條狹縫的擋板上，獲得兩束相干的光源。又如教科書中的《研究勻變速直線運動》實驗，測出加速度的方法，和《驗證機械能守恒定律》的實驗是應用數學中的等差數列規律，巧妙地應用了“紙帶法”研究。這都充分說明在教學中有意識地引導學生改進實驗方法，注重實驗技巧的應用，是非常有必要的。這也促進了學生的積極思維，發展了學生的智力。例如：在《測玻璃的折射率》的實驗中，采用的是“插針法”確定入射光線、折射光線，然后用量角器測出入射角和折射角，再用數學用表查出其三角函數的正弦值，最后算出玻璃的折射率。在此基礎上引導學生，如果不用量角器量角度和數學用表查三角函數的正弦值，而是給你圓規和刻度尺來測量，是否也能測出玻璃的折射率，并得出如下測量方法：如圖所示，以入射點O為圓心，以任意長為半徑畫圓交AO于C，交OO′于D，作CE⊥NN′ DF⊥NN′，EF為垂足，用刻度尺量出線段CE、DF的長度，則玻璃的折射率n=Sini/Sinr=CE/DF，采用這種方法更為簡便，同時也提高了學生的興趣。

2.實驗對象的拓展

如：在《測定金屬的電阻率》的實驗中，測量的對象是一條金屬絲，根據R=ρL/S得到ρ=RS/L，只要測出金屬的長度L和橫截面積S以及金屬絲的電阻R，就可以求出金屬的電阻率ρ，再引導學生如果測量對象是很薄的電阻膜，那又如何測出金屬膜的電阻率呢？就給學生這樣的實驗測量的問題：一根表面均勻的鍍有很薄的發熱電阻膜的長陶瓷管（其長度為50cm左右，直徑D為10cm左右），鍍膜材料的電阻率ρ已知，管的兩端有導電箍AB現給你米尺，電壓表V，電流表A、電源E、滑動變阻器R，電鍵S和導線若干，請設計一個測定金屬膜厚度d的方案，（1）實驗中應測定的物理量有哪些？（2）計算膜層厚度的公式是什么？（3）設計一個電路圖。這樣不但使學生對《測金屬的電阻率》實驗的原理和方法有更深入的理解，而且也使學生樹立一個知識“變通”的意識及創新意識，培養理論聯系實際的實踐能力。

3.實驗器材的變化和拓展

實驗器材是學生進行實驗的物質基礎，是必備的條件，如果沒有任何“器材”也就無實驗可言，當然，隨著科技進步，實驗的器材也在不斷完美。因此，每一個學生實驗器材是不可缺少的，也要求學生明確其在實驗中的作用。特別是在實驗中起測量作用的儀器，還要求學生理解其測量原理和使用方法，并對其測量的量程、精度、以及誤差分析和使用的注意事項都要明確。實驗的原理和方法不是孤立的，與器材是緊密聯系的。如果在學生對實驗的原理和方法及器材的使用深入理解的基礎上，對實驗的器材進行變化和拓展，會更進一步地啟發學生的思維，培養學生的能力，如：在《測定電源的電動勢和內阻》基礎上，給學生提出：如果電流表和電壓表的表盤有刻度但無刻度值（兩表量程都符合要求），另外給你電阻箱一個，那么，如何測出電源的電動勢E和內電阻r呢？（1）請你設計一個電路。（2）推導出你所測出的電阻的表達式。這樣，學生對閉合電路的歐姆定律以及《測定電源的電動勢和內阻》的實驗原理和方法就有更深層次的理解和把握。如若不僅是紙上談兵，而把電流表和電壓表上的刻度值用膠布遮擋掉，讓學生來按照自己的設計方案來實驗，收獲就會更大。

4.測量方法的拓展

實驗的測量方法是基于實驗測量原理的基礎上確定下來的，學生只有充分地理解實驗的原理才可能對實驗的方法正確把握。如果在學生全面把握教材中的實驗方法的基礎上，對實驗的測量方法進行適當拓展，這樣不但會使學生對實驗的方法和原理有更深入的理解，而且可似使學生的思維發散，達到培養學生靈活應用知識的能力。例如在《研究勻變速直線運動》的實驗中，測定小車的加速度 a，還可以通過求出紙帶上通過計數點的瞬時速度的方法，在直角坐標系中以時間t為橫坐標，以瞬時速度V為縱坐標描出各點，然后把這些點連成一條直線，就可以得出v-t圖象，從直線的斜率來求出小車的加速度a（a=tanα=△v/△t）這樣使學生的思路“豁然開朗”。又如在《研究平拋物體》的運動的實驗中，若某同學粗心，只記下重垂線方向y，卻忘記記下槽末端的位置是否能在幫他計算出小球做平拋運動的初速度v0？再如在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，由重物帶動的紙帶打出的點不夠清晰，其中重物釋放時打的第一個點可以確定，另外可確定兩個連續的點A、B，由此你是否能驗證機械能守恒？這些在原有的基礎上有所變化，使學生的思維空間更加寬闊。

總之，在實驗教學中不能千篇一律，一定要針對學生的實際情況，對學生實驗進行適當拓展，如《把電流表改裝為電壓表》的實驗中，可以引導學生設計改裝成雙量程的電壓表；在《測定電源電動勢和內阻》實驗中，在引導學生進行誤差分析的同時，若電壓表的內阻Rv遠大于電源的內阻r0時，可采用將電壓表直接接在電源的兩端測出電源電動勢，若電流表的內阻RA遠小于電源的內阻時，可采用“短路法”，即將電流表直接接在電源電路上測出短路電流，也可以給學生介紹“半偏法”測電動勢。只要在實驗教學中充分利用機會，在學生掌握教材實驗的基礎上進行適當拓展，就能更好地培養學生靈活應用知識的能力，以發展學生的思維；就能更好地使學生把物理知識聯系實際，以培養學生的實踐能力；就能更好地使學生不墨守成規，尋找變化和創新，以培養學生的創新精神和實踐能力。

參考文獻：

[1]人民教育出版社物理室編著《高級中學物理教科書》

[2]王興乃、羅棟國等編著《高中物理實驗大全》電子工業出版社