高中物理實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

楊細(xì)斌

【摘? ? 要】根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版2020修訂）》的相關(guān)要求，我們在物理教學(xué)過程中，必須要遵守一定的科學(xué)性和創(chuàng)新性，有效使用相關(guān)科學(xué)儀器來進(jìn)一步更新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這充分說明了教育部對我們物理教師和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。我們教師就應(yīng)該結(jié)合時(shí)事的發(fā)展以及課標(biāo)要求，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】高中物理? 實(shí)驗(yàn)儀器? 創(chuàng)新? 更改設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.05.054

高中物理是理科當(dāng)中較難的一門課程，它不僅要求學(xué)生具備充足的理論知識(shí)，更要求學(xué)生具備一定的憑空想象、實(shí)驗(yàn)操作能力。因此，我們必須要結(jié)合實(shí)際情況來有效開展教學(xué)活動(dòng)。目前大多數(shù)學(xué)效的實(shí)驗(yàn)儀器所遵守的標(biāo)準(zhǔn)仍然是2010版。由于新課改的更新，對實(shí)驗(yàn)器材也出現(xiàn)了相應(yīng)的改正。因此，我們物理教師應(yīng)該充分發(fā)揮個(gè)人的知識(shí)儲(chǔ)備能力，結(jié)合學(xué)生的知識(shí)水平，加強(qiáng)相關(guān)的測試論證，廣泛聽取各大領(lǐng)域?qū)I(yè)人員的意見和建議，有效創(chuàng)新高中物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)儀器的設(shè)計(jì)，簡化實(shí)驗(yàn)流程。

一、必須遵守創(chuàng)新設(shè)計(jì)的相關(guān)原則

我們在更新實(shí)驗(yàn)儀器創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中，為了達(dá)到簡化實(shí)驗(yàn)步驟、提高實(shí)驗(yàn)正確率等目的，更應(yīng)該嚴(yán)格遵守相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)儀器創(chuàng)新設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。

（一）適用性

實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)源自于其自身的原理和目的。如果教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中，偏離了其原本的目的，就無法達(dá)到理想的教學(xué)結(jié)果。因此，教師在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)本身的適用性。例如，在基本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中探究彈力與形變量的關(guān)系時(shí)，先準(zhǔn)備多個(gè)500克的砝碼、一張刻度表、一個(gè)鐵架臺(tái)、一個(gè)彈簧。將彈簧掛在鐵架臺(tái)上，與此平行的是豎直的刻度尺。觀察彈簧的長度并逐漸加大砝碼的重力，在白紙上畫出重力與彈簧長度曲線圖，描述二者的關(guān)系。這是大多數(shù)物理教師的做法。雖然在這個(gè)過程中教師達(dá)到了一定的目的，但由于彈簧原本具有一定反彈屬性，在觀察刻度尺與砝碼重量關(guān)系時(shí)往往有一定的誤差。因此，筆者進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)，用游標(biāo)卡尺進(jìn)行替換，并逐漸加大鉤碼的力度，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次及以上。這種簡單的改進(jìn)，可以有效增進(jìn)實(shí)驗(yàn)的精確性，提高成功率。

（二）科學(xué)性

高中物理實(shí)驗(yàn)最基本的原則是科學(xué)性。我們應(yīng)該精準(zhǔn)地結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)，展開一定的實(shí)驗(yàn)操作。目的在于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、思維活躍度和實(shí)驗(yàn)參與度。那我們在進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。例如，在教學(xué)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)”時(shí)，其基本原理在于觀察相鄰相等時(shí)間間隔內(nèi)位移的變化量為定值。實(shí)驗(yàn)要使用小卡車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶。在進(jìn)行打點(diǎn)計(jì)時(shí)的過程中，要注意減少桌面與紙帶的摩擦力，并且注意重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次。通過提高實(shí)驗(yàn)的次數(shù)以及減少相關(guān)的摩擦，可以有效提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，增加實(shí)驗(yàn)的成功率。當(dāng)然也有利于學(xué)生做出更精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并觀察到有效的實(shí)驗(yàn)理論數(shù)據(jù)。

（三）安全性

在實(shí)驗(yàn)的過程中，難免會(huì)發(fā)生一些安全事故，例如，2018年3月浙江某高校進(jìn)行直流電的相關(guān)操作時(shí)，有學(xué)生因由于操作不當(dāng)發(fā)生漏電事故，幸好未造成相關(guān)人員傷亡。這提醒我們，作為一名物理教師，在協(xié)助學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中一定要遵守實(shí)驗(yàn)的安全性，即使是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改正，也必須嚴(yán)格遵守相關(guān)原則。

二、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新性設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，不僅能夠提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，減少誤差達(dá)到有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，更能夠提高?shí)驗(yàn)的可行性和適用性，增加學(xué)生的自信心和動(dòng)手實(shí)踐能力。因此，針對創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，筆者提出了幾點(diǎn)實(shí)驗(yàn)小創(chuàng)新。

（一）驗(yàn)證平行四邊形定則

在驗(yàn)證平行四邊形定則時(shí)，所遵守的實(shí)驗(yàn)原理為等效法，需要的器材有一塊木板、彈簧鉤、一張白紙，指定兩個(gè)同學(xué)，分別拉彈簧鉤朝不同方向同時(shí)用力，并觀察彈簧鉤被拉長的長度。大多數(shù)學(xué)校都是采用以上操作。但是我們會(huì)發(fā)現(xiàn)由于無法控制兩個(gè)同學(xué)用力的情況，在觀察四邊形的長度情況時(shí)，就存在一定的誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也并不準(zhǔn)確。因此我們進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，我們將木板豎起來，兩把彈簧鉤朝下，將彈簧鉤更改為相同質(zhì)量的砝碼，朝兩個(gè)不同方向依次添加，并畫出相關(guān)力的作用圖。實(shí)驗(yàn)中，可以明顯地發(fā)現(xiàn)由于砝碼的質(zhì)量是標(biāo)準(zhǔn)的作用力，也更容易控制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更加的準(zhǔn)確。

（二）驗(yàn)證機(jī)械守恒定律

該定律是高中必學(xué)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。教師需要準(zhǔn)備的器材有鐵架臺(tái)、電源板、夾子、重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、標(biāo)準(zhǔn)紙帶。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將不同質(zhì)量的重物置于夾子之上，并固定一張紙帶，啟動(dòng)電源，輕放重物，讓重物做自由落體運(yùn)動(dòng)，待其經(jīng)過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并觀察打點(diǎn)計(jì)時(shí)器上相關(guān)點(diǎn)分布的情況。我們發(fā)現(xiàn)其嚴(yán)格遵守的公式為：mgh=1/2mv。那我們針對以上實(shí)驗(yàn)做出了進(jìn)一步的創(chuàng)新。由于在放紙帶和重物的過程中，紙袋與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器存在一定的摩擦力，這個(gè)摩擦力與重物的重力是相反的，會(huì)造成自由落體運(yùn)動(dòng)的不準(zhǔn)確。因此，可以給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及紙帶上涂抹適量的定制的潤滑劑，減少相關(guān)的摩擦力。再次進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，我們對比兩次實(shí)驗(yàn)可以明顯的發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，紙帶上點(diǎn)間隔距離也更均勻和有規(guī)律。

（三）伏安法測量電阻

伏安法測量電阻旨在采用外接法或內(nèi)接法，測量相關(guān)電阻的具體數(shù)值。教師要注重考查學(xué)生的電表讀數(shù)、儀器選擇、誤差分析、實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)、分壓式或者限流式等。傳統(tǒng)的電阻由于使用次數(shù)過多，測壓表未歸零等情況，測出來的電阻與標(biāo)準(zhǔn)電阻存在一定的偏差。此外，所用的電流表、小燈泡由于時(shí)間久，電阻過大導(dǎo)致測出來的相關(guān)電阻數(shù)值也不準(zhǔn)確。因此筆者進(jìn)行了改進(jìn)。加大電流、更換實(shí)驗(yàn)設(shè)備、減少小燈泡的使用、防止燈泡分壓，只使用一個(gè)電阻、電流表、電壓表測量該電阻的具體數(shù)值。在測量的過程中，注意將電壓表和電流表進(jìn)行歸零，測量之前也可以單獨(dú)測量電流表的電阻情況，以進(jìn)一步減少誤差。在讀數(shù)的過程中，注意視線水平一定與數(shù)值是垂直的，不要斜視。

綜上所述，作為一名物理教師在進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的過程中，一定要針對學(xué)生的知識(shí)水平以及當(dāng)前儀器設(shè)備的更新等情況，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中，更應(yīng)遵守幾大原則：科學(xué)性、適用性、安全性，防止發(fā)生事故。筆者相信通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一定可以達(dá)到理想的教學(xué)效果，培養(yǎng)出優(yōu)秀的物理領(lǐng)域人才。

參考文獻(xiàn)

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