豐富多彩的物理實驗

摘 要： 物理是以實驗為基礎的學科，在物理教學中離不開實驗的教學，教師應通過不同形式的實驗方式，培養學生的學習能力、實踐動手能力、創新能力。隨著技術的不斷發展，更多的實驗手段被應用到物理教學中，特別是DIS實驗系統突出體現了課程與信息技術的整合。

關鍵詞： 物理實驗 傳統實驗 模擬實驗 DIS實驗

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗在物理發展過程中起到了重大的作用。在物理教學中，物理實驗是非常重要的內容。物理實驗在培養學生學習能力、實踐動手能力、創新能力等方面都起到了重要作用。隨著技術的不斷發展，物理實驗發生了巨大變化，產生了傳統實驗、仿真實驗、DIS實驗等多種豐富多彩的形式。

1.傳統實驗

傳統實驗是指我們以常用的實驗設備進行的實驗，主要包括使用秒表、米尺、天平、彈簧秤、打點計時器、電流表、電壓表、溫度計等進行的實驗。

傳統實驗依據十八九世紀的物理學知識，與物理學的發展相聯系。在物理學習中，通過傳統實驗能夠很好地沿著物理學的發展進行學習，體會物理學的內涵，體會物理學家在技術條件有限的情況下，如何巧妙地設計實驗。此外，傳統實驗具有真實性和可信度高等優點，并且實驗中所用的儀器比較簡單，可以讓一個班級的學生同時進行動手實驗，增強學生的動手能力。

物理實驗示例：

自由落體運動的研究：

在伽利略的時代，技術上無法直接測量瞬時速度，也就不能直接得到自由落體速度變化的規律，那么，該如何研究呢？伽利略通過數學的運算，設計斜面的實驗，再通過合理的外推得出了結論，集中體現了科學思想方法的核心是把實驗和邏輯推理（包括數學推演）和諧地結合起來。

探究單擺周期與擺長的關系的實驗：

單擺的周期很小，用秒表很難一次準確地測出一個周期的時間，可以多次測量n個周期的總時間，然后算出一次振動周期的時間，讓學生體會這種測量方法。因為在現實生活中，有很多量是不能通過直接的方法進行測量的，往往需要通過間接的方法測量。

此外，在力學中，通過打點計時器研究物體運動，可以研究勻變速直線運動、自由落體運動等，體現物理研究中通過時間和位移研究相關的物理問題，培養學生的思維能力。

2.仿真實驗

隨著電腦多媒體技術的發展，運用多媒體軟件可以模擬物理實驗，例如金華科仿真物理實驗室。

仿真實驗是通過已知的物理學的原理，利用計算機處理，模擬物理實驗。其特點在于能夠將物體運動過程直觀地進行呈現，給學生展示形象的物理情景，并能模擬實際實驗中不容易觀察的現象或不容易做的實驗。

物理實驗示例

帶電粒子在磁場中的運動問題：

磁感應強度為B，電場場強為E，將一質量為m， 電量為q的負離子，在y軸上的一個P點無初速地釋放。試分析離子的運動情況，并畫出其運動軌跡。

模擬實驗室可以直接把粒子運動的軌跡，以及粒子運動過程中的受力情況，緩慢地直觀地展示出來。（截圖）

通過仿真實驗給學生模擬直觀的物理情景，幫助學生了解粒子的運動過程，培養學生的形象思維能力。

3.DIS實驗

DIS實驗是隨著這一輪的課程改革引入教材的一個亮點，體現了物理課程與信息技術相整合。

DIS實驗系統是DigitalInformationSystem的縮寫，DIS實驗系統由多種傳感器、數據采集器、電腦及相關配套軟件組成。其中傳感器包括：位移、力、光電門、電流、電壓、磁、溫度等多種類型。該系統的特點是能以較高的精度和靈敏度進行實時測量，并將數據數字化顯示，同時可以由計算機進行數據的處理和分析。

3.1 物理實驗示例

自由落體運動的研究：

在自由落體實驗中，我們使用的是傳統的實驗裝置，只是用位移聲波發送器代替落體，在落體下方放置聲波接收器，如圖所示。通過DIS實驗系統的數據采集器就可以實時收集到位移數據，通過軟件可以在計算機屏幕上實時描繪出自由落體與時間的關系圖像，得出物體受力運動的本質規律。

“自感現象”的演示實驗：

在DIS實驗系統中，通過電流傳感器可以直接地對微小的電流進行測量而且很靈敏，所以對于“自感現象”可以進行設計（如圖所示），通過數據采集器，采集相關數據，傳給電腦，并通過軟件對數據進行分析，直接展示出電流的變化，從而給學生以直觀的感受。

3.2 DIS實驗系統的優點

3.2.1實驗裝置上，DIS實驗裝置更加簡單，操作簡便，極大地激發了學生的學習興趣，提高了學生動手的積極性。

3.2.2測量上，DIS實驗能自動、快速、精確并實時將數據數字化顯示，因此，使用DIS實驗可以在有限的時間完成多組數據的測量，使實驗更具有普遍的意義，更具嚴謹性和可信度。

3.2.3誤差上，DIS實驗能克服偶然誤差，提高實驗的嚴謹性和可信度，完成原本較難完成的實驗。

3.2.4DIS實驗由于測量的精確、快速，使得學生能夠較容易地發現物理規律。例如DIS實驗系統能夠準備測量微小電信號，所以可以用來完成一些拓展性的實驗，如：水果電池、人體導電、蘋果、番茄的導電性等，開闊學生的視野。

3.2.5DIS實驗由于能自動、快速地進行測量，因而能大大縮短實驗時間，留有更多的時間對實驗的結果進行討論。

3.2.6DIS實驗由于設備先進，可以進一步提高學生的實驗設計能力。

3.2.7DIS實驗系統具有多種物理量的測量手段——聲學、光學、運動學、磁學，因此可以用實驗取代傳統靠虛擬或仿真提高可信度。

4.結語

傳統實驗、模擬實驗、DIS實驗各有利弊，可以相結合，取長補短，相得益彰，促進學生能力的提高。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書物理必修1.人民教育出版社.

[2]普通高中課程標準實驗教科書物理必修2.人民教育出版社.

[3]http：//www.yucai.sh.cn/labnet/wlct/dc3.htm上海市育才中學*實驗教育中心制作.