初中物理实验转换法范文

时间:2023-10-25 17:23:40

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初中物理实验转换法

篇1

关键词:抽象;转换法;物理实验;知识迁移

虽然初中生的思维方式中抽象逻辑思维开始占优势,可是在很大程度上,还属于经验型,他们的逻辑思维需要感性经验的直接支持。所以教材中的物理概念、规律和现象的直接得出对学生的理解有极大挑战,这是教材应用转换法的初衷。所谓物理实验中的转换法,就是当某些物理量不易直接测量,而另外一些物理量易测量,且两者之间可以用物理原理联系起来时,采用“嫁接”的方法,通过转移实验手段,达到化不易为易,化不能为能。间接测量某些物理量,一般都用转换法。物理实验中利用转换法不仅使学生的转换思维能力得到训练,还能提高学生观察能力、获取信息和处理信息能力。帮助学生透过物理现象,由表及里,抓住其本质的东西,很快地形成正确的物理概念,掌握物理规律。另外还能使学生真正地理解实验测量工具的原理、结构,并按使用规则和程序进行操作,提高他们的实验技能。

简单说来初中物理实验中运用转换法有几点好处,下面就初中阶段的物理实验中应用转换法谈谈个人的想法。

一、放大实验现象,复杂问题简单化

理解物理概念不一定直接从概念入手,可以从引起的物理效应入手,利用效应的宏观性体现概念的抽象性和微观性,从而使问题简化。

在学习“声现象”时就多处用到了转换法。例如:在让学生认识声音是由振动产生的这一知识点时,通常物体发声振动时的振幅较小,用肉眼不易观察得到,所以教材为了突出物体发出声音在振动这一现象,特意通过物体振动时所产生的其他效果如激起水花、使悬挂着的乒乓球被反复弹开等明显的视觉效果来转换其不易觉察到的振动,放大了实验现象,提高了教学效果。再如(图1),鼓面振动的振幅不易察觉,我们给上面撒一些小纸屑或者撒一些小石子,这运用的就是转换法。用这些容易观察到的现象把不容易观察的现象转换过来降低了学生学习的难度,提高了教学效率。

电压是电子定向运动形成电流(图2)的原因,学生往往很难理解这一概念,如果此时将瀑布的高度差转换为电压大小,学生就很容易理解瀑布形成的原因了。另外,电流的热效应中,通电导体为什么会发热,如果用陨石受空气阻碍摩擦发热转化为电流受导体电阻阻碍发热,学生自然容易理解。

在学习分子动理论时,教材将50mL酒精与50mL水混合后,体积将小于100mL。分子间存在相互作用的力。我们可以通过很难压缩注射器内的水来说明水分子间存在相互作用力。也可以在注射器内封闭一定量的空气,通过先容易压缩后难压缩来分别说明分子间存在间隙及斥力。当然也可以通过把两块铅紧压在一起松开手而不会掉下来的现象说明分子间存在着引力。分子在做无规则运动,可以通过扩散现象来说明。比如将墨水滴入清水中,一段时间后,整杯水变黑了。或通过让学生闻酒精的气味来说明分子在做无规则运动。

二、抽象概念转换为具体现象

在学习磁场知识时,将不可见的磁场转换为铁屑的分布,通过受磁场作用力影响后的铁屑的分布来反映磁场的分布情形。从而建立磁场的理想模型――磁感线。还有,对很抽象的电流的磁场,通过通电导线旁小磁针的偏转来说明电流周围存在着磁场,磁场的方向与电流的方向有关。

在“探究灯泡的功率与哪些因素有关”时,当电压和电流发生改变时,灯泡的电功率发生改变,但是无法具体计算电功率,这时我们可以根据灯泡的亮度来定性反应灯泡实际功率的大小,即把实际电功率转换为灯泡的亮度。

以上的转换法中将抽象不可见的物理量用具体的现象表现出来,在提示两者的内在联系的前提下,让学生先观察现象,然后进行知识迁移,由浅入深,梯度介入,大大降低了学习难度,而且也促成了逻辑抽象思维的发展。

三、难测物理量转换为可测物理量

转换法在测量工具中的应用。弹簧测力计的原理就隐含了一个间接测量原则,即用可直接度量的量去间接表现那些不便直接观察、不便直接测量的量。在这里,弹簧的长度变化是可以直接观察、直接测量的,而力的大小是看不到摸不着的,但是力的大小却和弹簧长度的变化有关系,所以我们就可以用弹簧的伸长量来量度力的大小。不仅测力计是这样的,温度计、压强计、电流表、电压表、时钟、速度表都是如此,看见的是长度、角度的变化,反映的是温度、液体压强、大气压强(高度)、电流、电压、时间、速度的变化。

在热学里,也多处用到了转换法。例如:在探究水的吸热与质量、温度变化的关系时将水吸热的多少转换为对加热时间的判定,加热时间越长,说明水吸热越多。类似的还有“探究水和砂石的吸、放热性能”。这里将加热时间的长短转换为物质吸收热量的多少。焦耳定律实验中,电热丝通电产生的热量不宜直接测量,通过煤油吸收热量发生体积膨胀导致液面升高,通过比较煤油液面高度来转换电热丝产生电热的多少。

在机械能中,探究动能的大小跟哪些因素有关时,将动能的大小转换为纸盒滑动距离的大小。纸盒滑动距离s越大,说明小球对纸盒做的功越多,小球的动能就越大。同理,探究重力势能大小跟哪些因素有关时,将重力势能转换为木桩进入沙中的深度,木桩进入沙中的深度越深,表明重物下落对木桩做的功越多,重物的重力势能就越大。这里就可以将纸盒滑动距离和木桩进入沙中的深度测量出来,分别转换为动能和势能的大小,具有可测性。

在探究电磁铁的磁性强弱时,将电磁铁的磁性强弱转换为电磁铁对大头针的吸引数目,数目越大,说明磁性越强。

正是由于两者存在内在定量关系,所以可将难测物理量用可见可测可比较的物理量(如长度,角度,时间)进行转化,进而我们可以方便地利用这些测量仪器。可见,在我们的生活中到处存在着转换意识,只是我们往往视而不见,只顾及表面想象,忽视了内在实质而已。

可见,转换法在物理实验中应用十分广泛,而且存在极大的优势,我们教师在教学中要凸显这种方法,培养学生形成良好思维习惯和知识迁移能力,不断提高科学素质。

参考文献:

[1]潘荔萍.转换法在初中物理实验应用之例谈[J].2012(3).

篇2

关键词:塑料注射器;玻意耳定律;问题转换法

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)6-0062-2

塑料注射器常被用在中学物理实验教学中,其便宜易得,密封性能强,组合机动性好,因此小小的注射器在课堂和讲课比赛中大放异彩[1-2]。本文也借助塑料注射器,对其进行密封和组合后,对高中物理人教版选修3-3课本中第八章第3节中的玻意耳定律进行验证。

玻意耳定律可由理想气体物态方程在温度不变的情况下推出:

即一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比,人们通常称之为玻意耳定律。但由于实验设备手段的缺乏,两个物理量p与V都不易直接测量,故运用间接测量的方法对其进行转化,笔者设计了新的实验方法以验证玻意耳定律,实验实物如图1。

笔者在一塑料注射器内抽取空气,之后密闭针管尖端,使得内部空气定量,在其管壁上贴一张规则白纸,把此针管装置倒置于电子体重秤装置泡沫底座上(如图1),这时开始垂直按压注射器,有明显阻力感。根据此时的物理状态分析注射器活塞的受力情况,如图2。

(4)式为本实验的实验公式。

按压注射器尾部一段距离后,读取电子体重秤上的读数并记录,同时在对齐活塞内端于管壁纸上做记号,之后用更大的力竖直按压注射器,重复上述步骤,得到千克数和与之对应的记号,用刻度尺量得注射器管壁纸上的多条记号到注射器头部的距离h,将所测得千克数乘以昆明当地重力加速度9.7830得到支持力,将一一对应的支持力和距离的倒数1/h的数据导入至Excel软件,得出表1,绘制散点图和进行线性回归的拟合,得到图3。可以看出,在实验数据n=17时,在相关系数为[4]所得图像成线性,即在误差允许的范围内,FN与1/h成一次函数的关系,(3)式成立,验证了玻意耳定律。

应该注意,此实验的实验误差来自于注射器的密封性不佳,电子体重秤的分度值不够,在按压时注射器有较大的倾斜等。但在误差范围内,线性图像可以验证玻意耳定律,此实验在课堂中若以小组实验的方式进行能够强化学生知识概念,锻炼动手操作能力,同时灌输给学生一种物理原理上的问题转换思想,让学生体会物理学科的灵活多变,更好地达到物理实验教学的三维目标。

参考文献:

[1]朱瑞创,俞云中,刘艳春. 造技法与物理实验[M].成都:西南交通大学出版社,1999:44―73.

[2]刘永树,凡启升. 注射器在初中物理实验中的妙用[J]. 中小学实验与装备,2012,22(1):31―33.

篇3

关键词:中考试题;初中物理;研究方法

一、控制变量法

所谓控制变量法就是指一个物理量受到多个物理因素的影响和制约。那么在讨论这个物理量与其中某个因素的关系时,只让这个因素发生变化,需要先控制其他几个因素不变,确定相关物理量之间的关系,这种方法叫控制变量法。比如在“探究影响电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关”的实验活动中。学生猜想:①可能跟电流大小有关;②可能跟线圈匝数多少有关。要验证猜想①跟电流大小有关,只改变通过电磁铁线圈中电流的大小,要控制线圈的匝数不变;要验证猜想②可能跟线圈匝数多少有关,就应该只改变电磁铁线圈的匝数,而要控制通过电磁铁线圈电流大小不变。最后我们利用电磁铁吸引大头针的数量来分析判断出它们之间的关系。

初中物理涉及的实验主要有:

1.探究影响液体蒸发快慢的因素有哪些;

2.探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;

3.探究压力的作用效果与哪些因素有关;

4.探究液体内部的压强与哪些因素有关;

5.探究液体浮力的大小与哪些因素有关;

6.探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关;

7.探究动能、重力势能大小与哪些因素有关;

8.探究物体温度升高(或降低)时,吸收(或放出)的热量与哪些因素有关;

9.探究研究通过导体的电流与导体两端的电压以及导体电阻的关系;

10.探究探究影响导体电阻大小的因素;

11.探究研究电流做功的多少跟哪些因素有关;

12.探究探究电流的热效应与哪些因素有关。

二、转换法

在物理学中对一些不易观察的物理现象或不易直接测量的物理量,通常用一些较直观、易观察的现象去认识,或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。在初中物理概念、规律学习和实验中经常应用这种方法。比如说电流看不见、摸不着,不易研究它的大小,但是我们可以通过电流通过导体产生的三大效应(热效应、磁效应、化学效应)来研究它的存在及大小;磁场看不见、摸不着,我们可以通过观察放入其中的小磁针的偏转情况来判断磁场的存在;空气看不见、摸不着,我们可以根据空气流动所产生的作用效果来认识它。

三、类比法

从两类不同事物之间找出某些相同或相似的量的思维方法,为了把要表述的物理事物说得清楚明白,往往用具体的、易理解的、人们所熟知的事物来类比那些抽象的、不易理解的、陌生的事物。比如在物理教材中用水流来类比电流;用水压来类比电压;用抽水机类比电源;用速度概念类比机械功率及电功率概念等。

四、等效替代法

等效替代法简称“等效法”,所谓“等效法”就是在特定的某种意义上,在保证效果相同的前提下,将陌生的、复杂的、难处理的问题转换成熟悉的、容易的、易处理的一种方法。初中物理教材中,在二力的合成中用合力等效代替分力;研究串、并联电路中电阻关系时引入等效电阻的概念;在电路分析中可以把不易分析的复杂电路简化成较为简单的等效电路。

五、建立理想模型法

为了研究的需要,把物理实体或物理过程经过科学抽象转化为一定的模型,这种转化忽略了一些次要因素,突出主要因素,它使物理教学简单化、形象直观化,易于学生理解。如:磁场是客观存在的一种特殊物质,而“磁感线”并不存在,为了描述磁场而引入的“磁感线”是假想的物理模型;光是客观存在的,为了研究光的传播路径和方向而引入“光线”,也是“假想模型法”;用图示的方法表示力;电路图是实物电路的模型;“管涌”是连通器模型;杠杆模型;轮轴模型;斜面模型等等。

六、科学推理法

有些物理实验结论或规律单凭物理实验是无法完成的,它需要大量可靠事实为基础,以真实的实验为原形,通过大胆、科学、合理的推理得出结论,深刻地解释物理规律的本质,是物理学研究的一种重要的思想方法。例如在进行牛顿第一定律的实验时,根据把物体放在越光滑的平面上就运动的越远的知识,我们可以推理出:如果平面绝对光滑且不受其他摩擦阻力,物体将永远做匀速直线运动;在做真空是否能传声的实验时,当我们发现装置中空气越少,传出的声音就越小时,我们可以推理出:真空是不能传声的。

其实物理研究方法不仅仅是以上所谈,还有观察法、实验法、归纳法、累积法、微小放大法、比较法、比值法、图像法等等。

学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中,逐渐拓宽视野,初步感受科学研究方法带来的思维灵感火花,能够从中领略物理学科的奥妙,从而感受“另类思维”给他们带来“柳暗花明又一村”的效果。

参考文献:

[1]陈兵.初中物理学习方法浅析[J].新课程,2010(12).

[2]许万国.浅析初中物理学习方法[J].中国校外教育,2011(3).

篇4

一、控制变量法

控制变量法是初中物理实验中常用的探究问题和分析解决问题的科学方法之一。所谓控制变量法,是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系,可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来,使其保持不变,再比较、研究该物理量与该因素之间的关系,得出结论,然后再综合起来得出规律的方法。

这种方法在整个初中物理实验中的应用比较普遍,例如在苏教版实验教科书《物理》(八年级上册)序言中“哪一支蜡烛先灭”、“装满水的杯子能放入多少大头针”,第一章中“探究声音的强弱与什么因素有关”,综合实践活动“比较材料的隔声性能”,家庭小实验“探究影响琴弦音调高低的因素”。初中物理从开始就渗透了控制变量的思想,把控制变量的思想对学生给予简要的介绍,就会使学生逐步领悟到控制变量法的实质要领,为以后的探究实验作好方法上的准备。

二、等效替代法

等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中,因实验本身的特殊限制或因实验器材的限制,不可以或很难直接揭示物理本质,而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当,不仅能顺利得出结论,而且容易被学生接受和理解。

例如,在探究平面镜成像规律的实验中,用玻璃板替代平面镜。因两者在成像特征上有共同之处,容易使学生接受;而玻璃板又是透明的,能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛,便于研究像的特点,揭示出规律。在教学中,在学生亲历实验过程的基础上,教师注重引导学生进行方法的总结,在思维方式上受到启发,他们以后遇到有关的实验设计时,就会自觉地加以运用。

三、转换法

有的物理量不便于直接测量,有的物理现象不便于直接观察,通过转换为容易测量到与之相等或与之相关联的物理现象,从而获得结论,就是转换法。譬如,在研究电热的功率与电阻关系的实验中,电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较,而我们可通过转换为让煤油吸热,观察煤油温度变化情况,从而推导出哪个电阻放热多。教学时不妨设计一问:为什么研究电热的功率与电阻大小的关系时,还用到似乎与实验无关的煤油呢?以其引发学生的思考和讨论。在小结出该实验中煤油的作用的基础上,进而再问:该实验能否不用煤油而改用其它方式来观察电阻通电后的发热情况?这样促使学生思维得以发散,转换的思维方法得到训练,设计实验的能力也随着提高了。

在初中物理实验中,利用软细绳测量地图上铁路线的长度,用刻度尺和三角板配合测量硬币的直径、圆锥的高等,探究动能跟哪些因素有关实验中动能大小通过小球对盒子做功的多少来体验,电磁铁磁性的强弱通过吸引大头针的数量来判断、研究磁场等等,都运用了转换法的思想。

四、类比法

类比法是一种推理方法。为了把要表达的物理问题说清楚说明白,往往用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明的那些抽象的、无形的、陌生的事物;通过借助于一个比较熟悉的对象的某些特征,去理解和掌握另一个有相似性的对象的某些特征。如:在研究电压的作用时,借助于看得见而学生比较熟悉的“水压形成水流”的实验作类比,来揭示电压是形成电流的原因。又比如在研究通电螺线管的磁场实验中,为准确记忆通电螺线管的北极与电流方向的关系,以紧握的右拳头类比为螺线管,四指为线圈并指向电流的方向,则大拇指所指的一端为北极,这样形象直观很容易被学生理解记忆牢固。当然,这里还可以用其他方式来类比,充分发挥学生的主观能动性,找到更符合学生实际的类比方法。例如讲解内能、浮力等概念时运用类比法。

五、图像法

图像是一个数学概念,用来表示一个量随另一个量的变化关系,很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况,因此图像在物理中有着广泛的应用。在实验中,运用图像来处理实验数据,探究内在的物理规律,具有独特之处。如:在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中,就是运用图像法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况,学生在亲历实验、自主得出数据的基础上,通过描点、连线绘出图像就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。

在其他的实验中,教师也可以有意识地引导学生采用图像来处理数据。例如在探究串联电路中的电流规律实验中,把电路中的各点作为横轴、电流为纵轴,作出的图像为水平直线,很直观表示出串联电路中各点电流相等的规律,这样学生非常容易理解和记忆。在探究电阻上的电流跟电压的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力大小跟质量的关系、匀速直线运动路程跟时间的关系、匀速直线运动速度特点、电流与电压的关系、电流跟电阻的关系等实验中都运用到了图像法。这样把数形结合、图形与文字结合起来处理数据、描述物理规律,能很好地促进学生处理数据能力和分析问题能力的提高。在探究比较复杂的物理问题中,也经常运用图像法,比较直观地反映物理规律。例如将一正方体用细线系住从空中慢慢放入水中,如水足够深,正方体受到的浮力如何变化问题,用图像表示则很清晰。

六、理想化方法

理想化方法是指在物理教学中通过想象建立模型和进行实验的一种科学方法,可分为理想化模型和理想化实验。

理想化模型就是指把复杂的问题简单化,把研究对象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理,再现原形的本质的东西,构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法。例如探究杠杆平衡条件的实验,杠杆就是一种理想化的模型。杠杆在使用时,由于受到力的作用,都会引起或多或少的形变,然而在研究中把此时的形变忽略不计了,这里我们就把杠杆经过了理想化的处理,认为它无形变,视为一个硬棒,从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响,顺利地得出杠杆平衡原理。物理中的重心、光线、原子核式模型等等都是理想模型。

篇5

事物之间都是相互联系的,物理量也不例外.当一个物理量与几个因素都有关系时,我们要控制其他因素不变,只改变其中的一个因素,研究物理量与这个因素的关系;之后再控制别的因素不变,改变另一个因素,研究物理量和它的关系……这种分别控制、逐一研究的方法就叫做“控制变量法”.

初中物理教材中,很多物理概念的形成、规律的产生、实验的设计等等,都采用了控制变量法.控制变量法是初中物理知识中最重要最常见的研究方法,同学们一定要认真对待.

例1 (2006年三明)某物理学习小组,选择如图1所示的四个透镜进行探究实验(其中A、B和C、D是两组形状相同的凸透镜,它们分别用玻璃、塑料和水晶制作而成):

(1) 为了探究凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系,小组同学应选择图1中的哪两个凸透镜做实验?答:____(选填字母序号).器材确定后,接着小组同学让一束与主光轴平行的光,分别经过两凸透镜后会聚于焦点处,如图1的甲、乙所示.

比较两次实验的现象,可以得到的结论是:凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越____.

(2) 如果选择A、B两个透镜,他们还可以探究凸透镜的焦距大小与____的关系.

分析与解答:(1) 探究凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系时,应选择材料相同的凸透镜,因此应选择A、C两个凸透镜做实验.比较两次实验的现象,可以得到的结论是:凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越小(或短).(2) A、B两个透镜的球形表面弯曲程度相同,但材料不同,因此可以探究凸透镜的焦距大小与材料的关系.

例2 在探究导体的电阻跟哪些因素有关时,某老师引导学生作了如下的猜想:

猜想1:导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;

猜想2:导体的电阻可能跟导体的长度有关;

猜想3:导体的电阻可能跟导体的材料有关.

图2是他们进行实验探究的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝.a、b、c长度均是1 m,d的长度是0.5 m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c的材料相同,但c的横截面积大于a;a、d的材料和横截面积都相同.

(1) 在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把M、N跟____的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数,分析比较这两根金属丝电阻的大小.

(2) 依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属丝电阻的大小,可探究电阻跟____的关系,其结论是:____.

(3) 以上方法在研究物理问题时经常用到,被称为控制变量法.试根据学过的物理知识再列出两例用这种方法研究的问题:____.

(4) 一般说来,所有物体都有电阻,探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关.请用一个废灯泡的灯芯设计一个实验来研究这个问题,要求:① 说出方法;② 画出电路图.

分析与解答:导体的长度、横截面积、材料和温度是本实验中的四个变量,因此,要研究电阻与其中一个变量的关系,需要控制其他三个量不变.

(1) 研究电阻跟横截面积的关系时,应控制长度、材料、温度不变,由题设条件,应依次把M、N跟a、c的两端连接.

(2) a、d的材料、横截面积相同,显见,比较它们电阻的大小,可探究电阻跟长度的关系.其结论是:在导体的材料、横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体电阻跟长度成正比等).

(3) 控制变量法应用十分普遍,除此之外还有:研究电流与电压、电阻的关系;研究压强与压力、受力面积的关系等.

(4) 略.

例3 滑动摩擦力在研究相关物体运动情况时起着重要的作用.通过实验探究已经知道,滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关,也与接触面之间的压力有关.有些同学猜想“滑动摩擦力可能还与接触面的大小有关”.请你从以下器材中选出部分器材,设计实验对此猜想进行检验.

器材:a. 斜面 b. 带钩的正方体木块 c. 带钩的长方体木块 d. 表面平整的长木板 e. 几条毛巾 f. 直尺 g. 弹簧测力计 h. 硬纸板

(1) 你所需要的实验器材(用器材前面的字母表示):____.

(2) 简述主要的实验步骤:____.

分析与解答:本题中提出问题的方法叫“假说”,设计实验的思想是控制变量法.因此在设计实验时,一定要保证接触面粗糙程度和压力不变,仅让接触面的大小发生变化.(1) 实验器材为c、d、g.(2) 实验步骤为:① 将长方体木块平放在水平放置的长木板上,用弹簧测力计拉着它匀速前进,观察并记录这时弹簧测力计的示数;② 将长方体木块侧放在长木板上,用弹簧测力计拉着它匀速前进,观察并记录这时弹簧测力计的示数;③ 比较两次弹簧测力计的示数,即可初步检验上述猜想;④ 重复几次上述3个步骤.

在初中物理课本中,用到控制变量法的实验比较多,例如:

1. 研究滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度的关系;

2. 研究物体的动能的大小与质量和速度的关系;

3. 研究压力的作用效果与压力的大小和受力面积大小的关系;

4. 研究电磁铁的磁性与线圈的匝数和电流大小的关系;

5. 研究导体电阻大小跟导体的材料、长度、横截面积的关系;

6. 研究电流与电压、电阻的关系(即欧姆定律);

7. 研究不同物质的吸热能力.

在研究看不见的物质或现象时,可以通过研究该物质或现象所产生的可见的效果,由此进一步分析物质或现象,这种方法叫转换法.值得注意的是,等效替代法虽然也包含有转换法的思想,但其研究主体已发生转移,而转换法则是通过研究主体所产生的效果来上溯其原因的一种研究方法.

例4 在体育课上练习投掷铅球时,小楠想借此探究重力势能的大小与哪些因素有关.请你帮他完成设计过程.

(1) 你将选择哪些实验器材?

(2) 写出实验步骤.

(3) 说出实验中判断重力势能大小的方法.

分析与解答:此题将同学们所熟悉的体育课场景转化为物理情景,同学们一般会想到利用铅球陷入沙子的深浅程度来判断重力势能的大小,这种方法就是转换法的应用.(1) 质量不同的两个铅球(也可添加刻度尺).(2) 根据课本知识可知,重力势能的大小与重力和高度有关,所以在设计实验步骤时应考虑这两方面,并注意控制变量法的使用.实验步骤为:① 让同一铅球从不同的高度落下;② 使质量不同的两个铅球从同一高度落下.(3) 观察沙子凹陷程度,凹陷程度越大,则重力势能越大.

例5 (2006年南京)小明和小华做“探究导体电阻大小与长度的关系”的实验.他们准备在图3中的A、B两点间接入待研究的电阻丝,电源电压恒定,忽略灯丝电阻受温度变化的影响,待用电阻丝的规格如下表.

(1) 他们应选择序号为____的两根电阻丝来探究.

(2) 正确选择后,他们将所选电阻丝分别接入A、B两点间,闭合开关,通过观察灯泡的亮暗或电流表的示数来比较电阻丝电阻的大小.实验中,两次电流表指针均有偏转,但第二次的示数小于第一次的示数,说明第二次接入电路的电阻丝的阻值____(填“较大”或“较小”),同时小华发现第二次实验中灯泡不亮,你认为原因是____.

(3) 以上(2)中判断电阻大小关系的方法在初中物理中经常用到,以下描述中能体现这种方法的是().

A. 水压使水管中形成水流,类似地,电压使电路中形成电流

B. 根据物质在常态下的形状和体积是否固定,可将物质分为三态

C. 通过观察木块被运动物体撞击后移动距离的大小,可比较运动物体动能的大小

D. 研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系,应控制接触面粗糙程度相同

(4) 科学研究表明:在导体的材料、横截面积和温度相同的条件下,导体电阻的大小与长度成正比.你认为他们用上述(2)中的方案能否得到这个结论?请用欧姆定律加以解释.

(5) 若电流表损坏,换用一只电压表,仍然利用上述器材来探究导体电阻的大小与长度是否成正比,请画出一个能反映该实验原理的电路图.(电阻丝用电阻符号表示,导线根数不限)

分析与解答:此题考查设计实验、分析与论证、评估等方面的能力.在第(3)问中用到了转换法.另外在设计探究过程中,还应注意控制变量法这一最常用物理研究方法的应用.(1) 因为是“探究导体电阻大小与长度的关系”,所以应选择序号为2和4的两根电阻丝.(2) 由于第二次电流表的示数变小了,说明第二次接入电路的电阻丝的阻值较大;第二次实验中灯泡不亮,是因为灯泡两端的电压太小,实际功率太小,不足以发光.(3) 此实验中判断电阻大小关系的方法用到了转换法,只有选项C用到了这种方法.(4) 不能得到这个结论.根据欧姆定律可知,在电压一定的条件下,通过导体的电流与导体的电阻成反比,而此方案不能控制电阻丝两端的电压一定.(5) 如图4.

在初中物理课本中,用到转换法的实验比较多,例如:

1. 利用小球的振动来判断发声体在振动;

2. 判断电路中是否有电流时,可通过电路中的灯泡是否发光去确定;

3. 通过扩散现象研究分子的热运动;

4. 电磁铁的磁性强弱可通过它吸引大头针的多少来确定;

5. 判断磁场是否存在时,可用小磁针放在其中看是否转动来判断;

6. 利用小桌陷入海绵的深度判断压力的作用效果;

7. 根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小.

将某个物理量、物理装置、物理状态(或过程),用另外一个物理量、物理装置、物理状态(或过程)来替代,得到同样的结论,这种方法叫“等效替代法”.在间接测量中,有许多物理量的测量都利用了等效替代法.

例6 (2007年大连)图5是探究平面镜成像规律的实验装置.

(1) 用玻璃板代替平面镜,主要是利用玻璃板透明的特点,便于____.

(2) 如果有3 mm厚和2 mm厚的两块玻璃板,应选择____mm厚的玻璃板做实验.

(3) 如果玻璃板没有放正,将对实验产生什么影响?____.

(4) 使点燃的蜡烛在两个不同的位置,分别测出了物距和像距相等的两组数据,得出实验结论之一:“像距与物距相等”.你认为这种方法是否合理?____.理由是:____.

分析与解答:“探究平面镜成像的规律”是光学中的一个重要实验,该实验中为了明确像和物体的大小、距离等关系,用到了等效替代法,即用一根同样大小的未点燃的蜡烛和玻璃后面已燃蜡烛的像去重合,从而替代已燃蜡烛的像.在第(1)问中用玻璃板代替平面镜,主要是为了看到玻璃板后面的蜡烛.在第(2)问中,由于玻璃板的两个表面都会成像,实验中应尽量选择较薄的玻璃,减小两个像的距离,从而减小误差.在第(3)问中,如果玻璃板没有放正,倾斜了,所成的像在白纸上方或下方,不利于找到像的位置.在第(4)问中,寻找规律时一般最少有三组数据.答案是:(1) 透过玻璃看到像,进而找到并画出像的位置 (2) 2 (3) 有可能找不到像 (4) 不合理 两组数据太少

例7 (2007年玉溪)“曹冲称象”的故事流传至今,最为人称道的是曹冲采用的方法,他把船上的大象换成石头,而其他条件保持不变,使两次的效果(船体浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石头的重.人们把这种方法叫“等效替代法”.请尝试利用“等效替代法”解决下面的问题.

【探究目的】粗略测量待测电阻Rx的值.

【探究器材】待测电阻Rx、一个标准的电阻箱(符号为)、若干开关、干电池、导线和一个刻度不准确但灵敏度良好的电流表(电流表量程足够大).

【设计实验和进行实验】

(1) 画出你设计的实验电路图.

(2) 将下面的实验步骤补充完整,并用字母表示需要测出的物理量.

第一步:开关断开,并按设计的电路图连接电路;____.

(3) 写出Rx的表达式:Rx=____.

分析与解答:题中明确指出用“等效替代法”解决问题,因此设计实验时应设法利用电阻箱的阻值来替代待测电阻的阻值,这是解题的关键.

(1) 电路图如图6所示.(2) 第二步:闭合开关S1,观察并记录电流表的指针偏转位置;第三步:断开开关S1,闭合开关S2,调节电阻箱电阻大小,观察电流表的指针,使它指向前面记录的位置;第四步:读出此时电阻箱电阻大小R.(3) Rx=R.

在初中物理课本中,用到等效替代法的实验有:

1. 探究多个用电器组成的串、并联电路的总电阻;

2. 测量不规则小块固体的体积时,用它排开水的体积替代固体的体积;

3. 托里拆利实验中,利用水银柱产生的压强与大气压相等测定大气压的数值.

理想模型是物理学中的一个重要的研究方法,运用这种方法的目的,就是为了摒弃次要因素,突出主要因素,对实际问题进行理想化、简单化处理,从而方便对物理本质的研究.在物理学中,常常把实际研究对象或实际过程抽象成为理想模型或物理模型.

例8 物理学常常把实际的研究对象或实际的过程抽象成物理模型.如用铡刀铡草时,可以把铡刀看做是一个能够绕轴转动的硬杆,而不必考虑刀的形状、刀的材质,在物理学中把它称为“杠杆”,这时“杠杆”就是铡刀的物理模型.汛期,江河中的水有时会透过大坝的底层从坝外的地面冒出来,形成“管涌”.初中物理讲过的什么装置可以作为“管涌”的物理模型?自行车的车把可以控制车的方向,它的物理模型又是什么?

分析与解答:江河中的水有时会透过大坝的底层从坝外的地面冒出来,说明大坝的底层有洞穴连通,所以管涌的物理模型是连通器.当转动自行车的车把时,可以使车把和车子的前叉一起转动,达到控制方向的作用,车把和前叉构成一个轮轴.

在初中物理课本中,用到理想模型法的实验有:

1. 在研究磁场的分布时,引入磁感线;

2. 在研究光的传播路径和方向时,引入光线;

3. 将光滑表面看做是没有摩擦的理想表面;

4. “电流表”、“电压表”也是一种理想模型,在实际应用时,不考虑电流表本身的电阻对电路的影响;而电压表在接入电路时,则认为其“断路”.

在研究某些较为抽象的物理问题时,往往用具体的、形象的事物来进行类比说明,找出共性的特点,使得被研究对象变得易于理解,这种方法叫做类比法.进行类比的两个对象应具备较多的共同点或相似之处.

例9 自从汤姆逊发现了电子,人们开始研究原子内部结构.科学家提出了许多原子结构的模型,在20世纪上半叶,最为大家接受的原子结构与图7中哪个图最相似?()

分析与解答:此题考查对原子内部结构的掌握情况.原子由原子核与电子组成,其中原子核位于原子的中央,电子在周围绕原子核高速运动.因此原子的结构与太阳系的结构最为相似,在理解原子的结构时可以类比太阳系的结构.正确答案是D.

在初中物理课本中,用到类比法的还有:

1. 用水波类比声波;

2. 在学习电流时,将它比作水流;

3. 在研究分子的作用力时,用弹簧的作用力进行类比.

推理法是在大量可靠事实的基础上,以实际的实验过程为原形,通过合理的推理总结出结论,从而深刻地揭示物理规律的本质.这种方法是物理学中进行研究的一种重要方法.

例10 图8所示是伽利略著名的斜面理想实验,实验设想的步骤有:

① 减小第二个斜面的倾角,小球在该斜面上仍然要达到原来的高度.

② 两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面.

③ 继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续的匀速运动.

④ 如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.

(1) 请将上述步骤按照正确的顺序排列:____(只要填写序号).

(2) 在上述设想步骤中,有的属于可靠事实,有的则是理想化的推论.下面关于这些事实和推论的分类正确的是().

A. ①是事实,②③④是推论

B. ②是事实,①③④是推论

C. ③是事实,①②④是推论

D. ④是事实,①②③是推论

分析与解答:(1) 分析实验过程,可得出正确的顺序排列是②④①③;(2) 步骤②中的现象是可以观察到的事实,而步骤①、③、④中的结论都必须建立在光滑斜面的基础上,所以这些步骤是推论.正确选项是B.

此题用到了控制变量法、理想模型法和推理法.步骤③中讲到“继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续的匀速运动”,这一过程是在前面三个步骤(即步骤②④①)的基础上通过合理的推理得出的,这里用到了推理法.

在初中物理课本中,用到推理法的过程不多,例如:

1. 研究真空中不能传声;

2. 研究牛顿第一定律.

借助于图象来研究物理问题,是物理学中对数据进行处理的常用方法,目的是使问题形象化.作图最基本的方法是描点法,即在坐标系中,先找出对应的点,用平滑的曲线(或直线)连接各点,从而直观地反映出物理量之间的变化.

例11 某初中科技活动小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计,他们选了甲、乙两种规格不同的弹簧进行测试,绘出如图9所示的图象,图中只有OA段和OB段是弹性形变.若他们要制作量程较大的弹簧测力计,应选用弹簧____;若要制作精确程度较高的弹簧测力计,应选用弹簧____.从图象中你还可以获得的信息有:____.

分析与解答:此题应结合图象与弹簧的有关性质综合分析.从图象中可以看出,在弹性限度内,弹簧乙所能承受的拉力更大,所以要制作量程较大的弹簧测力计,应选用弹簧乙;在受到相同的拉力时,弹簧甲的伸长量更大,所以要制作精确程度较高的弹簧测力计,应选用弹簧甲,因为它的刻度间隔大.从图象中还可以获得的信息有:在弹性限度内,弹簧的伸长量与拉力成正比.

例12 在“观察水的沸腾”实验中,当水温升到90 ℃时,随着加热过程,每隔1 min记录一次水的温度.某同学记录的数据如下表.

(1) 根据记录,在图10中画出水的沸腾图象.

(2) 试根据实验现象归纳水沸腾时的特点:____.

分析与解答:根据实验数据,采用描点法作出水的沸腾图象可直观地反映出水温随时间变化的特点.(1) 见图11.(2) 水沸腾时的特点有:由液体变为气体;沸腾时继续吸热;沸腾时水的温度保持不变等.

在初中物理课本中,用到图象法的过程较多,例如:

1. 研究固体的熔化过程;

2. 研究水的沸腾过程的特点;

3. 研究同种物质质量与体积的关系;

4. 研究重力与质量的关系.

归纳与分类是研究事物的重要方法之一.在物理实验中,经常要对实验现象或实验数据进行归纳总结,比如上例中的第(2)问,就用到了归纳法.对于要分类的事物,应当进行仔细的分析,找到它们之间相同之处与不同的特点,就不难正确地进行分类了.归纳与分类是科学研究中最常用的方法,归纳与分类往往是从事物的某一特征出发,而不能有双重标准.

例13 有下列光学器具:照相机、潜望镜、幻灯机、穿衣镜、放大镜、牙医内窥镜.可以把它们分成两类:

一类包括____,其特征为____.二类包括____,其特征为____.

分析与解答:此题考查对光学内容的掌握情况.在初中物理中,光学主要分为光的直线传播、光的反射和光的折射三部分内容.题中所给的光学器具中,一类是利用光的反射成像,另一类是利用光的折射成像,可以从这个角度解析分类.一类包括:潜望镜、穿衣镜、牙医内窥镜;特征:由平面镜组成.二类包括:照相机、幻灯机、放大镜;特征:由凸透镜组成.

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一、开展探究性实验教学,培养学生的创新意识

在做实验之前,教师要研究教材中哪些地方学生感到抽象、容易混淆、理解困难,并结合教学实际,研究解决的方法,努力开发一些直观的演示来展现给学生,这就是演示实验。演示实验能使学生获得感性认识,也能培养学生的观察能力和思维能力,引起学生的兴趣,对培养学生的实验操作能力起到一定的示范作用。但它是以教师为主体,学生也仅仅是旁观者,没有直接参与,不利于其创新能力的培养。教师要尽可能的将演示实验转变为探究性实验,学生可以在自己探索物理规律的实验过程中把动手与动脑结合起来,锻炼并培养自己的创新意识。这就需要教师对实验进行创新设计,包括教具的改进,实验过程的安排,问题的设置及解决的办法等。这种创新设计对学生将是一种很好的示范,对学生创新能力的培养将起到潜移默化的作用。

二、强化实验创新设计,培养学生创造性思维

高中物理教材上的实验有些地方可能比较抽象或者与现实有偏差,加之大部分学生过分依赖教材中说明的材料用具、方法步骤等原因,在一定程度上影响了学生创造性思维的发挥。因此在教学过程中要注意实验的创新设计,鼓励他们善于发现问题,并敢于提出问题,对现有实验进行大胆创新。我们可在原有实验的基础上,适当改变实验方法、实验装置,优化原有的实验,进行新的实验。

例如在高一物理教材“探究加速度与力、质量的关系”这一节的实验教学中,课本上参考案例所给出的前提条件是水平板必须光滑,但是在实际的实验操作过程中,摩擦力是不能忽略的。在这种情况下,学生通过实验,结果用拉力来表示小车受到的合力,实验不能验证这三个物理量的关系,学生由此提出疑问,在有摩擦力的情况下,又如何用拉力来表示小车受到的合力呢?提出解决的办法,再次实验。

三、利用设计性实验,培养学生的创新能力

常规的教学实验,主要是理解实验原理、进行实验操作、得出正确实验结果的一种实验形式,基本上属于继承和接受前人的知识、技能。

审视传统的物理教学,我们的观念总是强调确定性,排斥可能性,在这种教育的熏陶下,培养的学生往往长于求同,而弱于求异,其结果往往是墨守成规,缺少创新。要真正塑造创造型的人才,教师在教学中要鼓励学生勤于观察、敢于质疑、勇于发问,即便对那些已成定论的东西也不妨去重新审视或争论一番,使之不成为僵死的教条。诚如笛卡尔所说:“科学产生于怀疑”。充分利用设计性实验,是培养学生创新能力的有效途径。

以测量性实验为例,由于每一种测量仪器都有其基本的固定的作用,如用刻度尺测长度、用天平测质量等,但如果要求突破测量仪器固有的功能(局限性)去测量一些看似没有因果联系的物理量,这对培养学生的求异思维品质无疑是一条“绿色通道”。

例如,试用一根卷尺估测一堆砂粒间的动摩擦因数。

初看本题,可能无从下手,因为卷尺测得的长度与砂粒间的动摩擦因数似乎是风马牛不相及的两码事。但是,我们可以这样来思考,要测定砂粒间的动摩擦因数,必须让砂粒间发生相对运动;再联想到力学中一个常见的斜面模型,如图a,逐渐增大斜面倾角θ使木块在斜面上将要发生相对滑动。受这一模型的启发,我们可将题给的一堆砂从高处慢慢漏下,在地面上形成一个圆锥体,并不断增高以至高得不能再高,即表面砂粒将要开始滑动。如图b,此时的砂堆不就构成一个“蠢蠢欲动”的斜面了吗?隔离出其表面的任一颗砂粒,不就相当于斜面上的一木块了吗?这样一来,通过θ这个中间变量即可把动摩擦因数μ的测量转化为可用卷尺测量的长度(圆锥的高h和周长l)。在物理实验中,将不易直接测量的物理量转化为另一种易观测的物理量进行测量的方法,称为转换法。本题运用的正是这种转换法。

四、开放实验室,提高学生的实践创新能力

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【关键词】初中物理;规范答题;验题;探究

一、初中物理实验题题型概述

初中物理的实验题在中考中和平时考试中大多是集中于电学和力学的部分,并且质量与密度、牛顿第一定律与而力平衡、压力与浮力、物体的运动等核心实验,其中有对公式的考察,有探究型的考察,有验证型的考察;在这些实验中还有对某些仪器的考察,比如:天平、量筒、弹簧测力计等基本仪器,并且对其一起的读数方法和使用注意事项等进行考察;另外,还有对实验方法的考察,比如:转换法、控制变量法、推理法等。简而言之,初中物理实验是中考重点的考察项目。学生在上课时其实已经把实验部分有一定的掌握,甚至可以自己进行实验,可是一到答题时就不会做,或者是由于做题不规范而导致失分,并且学生很难改正答题不规范这个习惯。而每一个核心的实验都有他核心的考察氛围,并且实验处理、实验数据、实验操作、实验思维又千变万化,这就又导致了学生的答题不规范,使得学生失分的情况。

二、规范作答的几个策略

(一)明确初中物理实验的答题要求

1.文字要求

物理就是要求简明扼要,既要合理恰当,也要不嗦,不能不清不楚。在答题中,对于必不可少的文章一定要有,比如在一些题干中或者是已知条件者亮相时,就需要在答题中注意,例如在某项实验中要求有对答案的说明,就需要在答题中进行亮相,比如在计算电阻、内阻、外阻时,题目中需要对所填答案进行文字标明,并且需要带单位,这就需要在答题中注意,例如外阻为:2000Ω。

2.字母要求

在答题时,一定要按照教材中或者是题干中的要求,例如质量用m,体积用V,压强用Pa,不能够随意制定用字母a、b、c表示,也不能够用数学上的x、y、z表示。并且在某些题目中有标记角码数,如m1、m2等,或者是用汉字来区分,m油、m水,再或者有其他的表码方法,无论是什么表码方法,在答题中也应该按照题目中的要求,在答题时应该做到规范,如:m2=10g,m油=10g。

3.公式要求

在物理答题中,实验题中需要用字母来表达公式时,就必须使用教材中的规定字母或者是题干中给出的字母,然后再进行相关的整合填在答题卷上。例如ρ=m/V,如果他题干中有小码标,就需要加上小码标:ρ水=m水/V水。另外,如果题中要求写出相关的换算公式,就可以先将几个基础公式先进行整合,然后再填入其中。

4.列式要求

在答题时,很多的公式都是对教材的公式进行演变和转换的,在带入数据时,单位应该放在数据的后面,如果需要去近似值,就需要用到约等式,不能够用等号,有些分数要求用“―”,不能用“\”,乘号必须用“×”而不能用“・”或者是“*”。

5.数字要求

在答题中,应该要注意题干中要求保留几位数字,是用科学计数法还是一般表示,是用分数表示,还是用小数点表示。如果题目中没有明确表示就需要根据实验题中的数据来判定,如果题目中的数字是保留两位有效数字,在答题中也应该保留两位数字,比如:5.10。

6.单位要求

初中物理的考试中,要明确题干中的单位或者是采用国际单位。在换算结果时,应该注意单位的换算,并且在答题时也要注意单位的要求。例如功的符号是W,而功率的单位瓦的是w,功率的符号是P。而压强的符号是p,切忌不要张冠李戴。

(二)注重答题的顺序

1.审题意

审题意是做题的首要步奏,首先就是要弄清楚题目中所提的要求和主要的实验项目、实验过程,其次就是要明白需要解决的问题。然后弄清题意和目的后,就需要联想在上课时做的相联系的实验,有什么要求、具体是怎么抄作的、原理是什么。

2.找关系、抓关键

审题后,就需要对题干进行再次的分析,找出关键的条件,找出要求回答的题与实验的关系,同时也要划出能够帮助解题的关系,对其实验原理、概念、规律等进行分析。例如在探究动能大小与那些因素有关时,就需要对不同要素,例如动能、斜度、高度、小车质量等进行标注。

3.抓论点、做答案

要运用物理原理和规律进行作答或者是说明一个问题书,应该从几个步奏进行分析,要抓住主要论点,做到详细、明确、突出。例如探究动能大小与那些因素有关时,就需要对某些因素做了功进行分析。

(三)让学生明确实验操作增强学生的答题能力

1.实验仪器和测量工具的使用

据调查,很多学生在对填仪器读书时错误率最高,特别是基础较差的同学,对于这种技巧性相对于简单的题,老师就应该对学生进行专门的训练,让学生明确的掌握物理实验测量工具的“调、放、看、读、记”。老师可以让学生进行自主的训练,然后,老师进行指导,让学生对每一件实验仪器都能够准确的使用。

2.加强对探究实验的操作

在物理考试中,探究型实验出现的频率最高,因此老师应该对学生的探究性实验进行合理的练习,要让学生通过了解题干就能够明确实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤等,让学生做到心里有数,才能够有效的做答。

总结

初中物理实验是物理学科的重要部分,物理实验是把理论知识合理的运用到实际中,特别是探究实验,不仅能够加强学生掌握理论知识的能力,还增加学生的创新能力、分析能力和思考能力。

【参考文献】

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一、 掌握基本技能

任一物理实验都是为了达到某个预定目的.这就需要我们根据一定的原理,选择合适的器材,依据一定的步骤进行操作,进而分析实验数据(或现象)得出结论,因此弄清每个物理器材(仪表)的使用方法,是我们实验复习的基础.

例1 (2011·兰州) 用“伏安法”测电阻的实验中,某同学连接了如图所示的电路,电路连接中存在几处错误和不足,请你找出来(待测电阻约为15Ω).

解析 电流表、电压表是电学中最重要的仪表,对它们的复习我们要做到:使用前调零、看清量程与分度值,使用时要会正确接入电路并能正确读数.题目中给出“连接电路中”,我们要认真分析连接电路时要注意的相关问题,如开关的状态,电表量程的选择,电表、滑动变阻器的的接法等.本题学生容易忽略电源电压U=1.5V×4=6V,待测电阻两端最大电压可达6V,电压表量程选用0~3V不妥这一不足之处.解决这类问题的最好措施是充分挖掘题目所给信息,认真分析电路元件的使用要求.

例2 (2012·南京)如图所示为“探究影响导体电阻大小的因素”的实验电路,A、B之间接导体.

(1) 本实验通过?摇 ?摇比较导体电阻大小.

(2) 小明发现手边只有一根较长的金属丝,他可以探究导体的电阻是否与?摇 ?摇和 有关.

解析 导体的电阻越大,对电流的阻碍作用越大,电流表的示数越小,小灯泡发光越暗,要比较导体的电阻可以转换为比较电流表示数(或小灯泡的亮度).导体电阻是导体本身的一种性质,它跟导体的长度、横截面积和材料有关,一根较长的金属丝可以改变接入电路导体的长度或将其对折后接入电路来改变导体的横截面积,从而可以探究导体的电阻与导体的长度和横截面积的关系.本题学生容易丢掉导体的横截面积对导体电阻的影响,错误认为它仅能探究导体的电阻与其长度的关系.从问题的根源入手,顺藤摸瓜,可避免这类错误的发生.

二、 重视过程方法

课程标准要求:学生在科学探究过程中能拟订简单的科学探究计划和实验方案,有控制实验条件的意识,能通过实验收集数据,能根据实验现象和数据得出结论.

初三物理实验可以分为两大类:测量性实验、探究性实验.

对于测量性实验,在复习中我们要先弄懂:该实验的原理是什么?需要测量哪些物理量?选择什么样的器材?如果缺少某个器材,如何测量等?我们学过的测量性实验有:测人上楼功率例3 (2012·无锡)学习了功率的知识后,小明和几位同学准备开展“比一比谁的功率大”的活动,他们设计了三套方案:①测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度,算出爬楼的功率并进行比较;②控制爬楼的时间相同,测量出各自的体重、爬楼的高度,算出爬楼做的功并进行比较;③控制爬楼的高度相同,测量出各自的体重、爬楼的时间,算出体重和时间的比值并进行比较,可行的是 ( )

A. 只有① B. 只有①②

C. 只有②③ D. ①②③都可以

解析 人爬楼是克服自身的重力做功,功率P=W/t =Gh/t =mgh/t 。方案①测出各自体重、爬楼时间和爬楼高度,根据P= mgh/t求出功率直接比较;方案②控制爬楼时间相同,测出各自体重m和爬楼高度h,比较mgh;方案③控制爬楼高度相同,测出各自体重m和爬楼时间t,比较 m/t;所以三种方法都可以.学生解题时,对探究计划和实验方案没有搞清,将“比功率”与“测功率”相混淆,比功率只要通过某些方法能比较出它们做功快慢即可,不必测出具体的数值.只有充分理解概念,掌握科学的方法,才能避免这类错误的发生.

对于探究性实验,在复习中我们要:明确探究的目的是什么?确定需要测量哪些物理量?选择哪些器材?设计什么样的方案?通过观察什么现象进而得出结论?分析这类实验,我们会发现它们绝大部分运用控制变量法和转换法.

例4 (2012·湖南)如图所示是探究“动能的大小与哪些因素有关”的实验:

(1) 用质量不同的A、B两个小球()碰撞静止在同一水平面上的纸盒.实验中控制小球的高度相同,是为了控制两球到达底端时 相同;实验中通过观察纸盒被推动的距离的大小,可以比较A、B两个小球的 大小.

(2) 将(甲)与(乙)两实验比较可知,小球动能的大小与小球的 有关;将(甲)与(丙)两实验比较可知,小球动能的大小与小球的 有关;

(3) 本次实验采用物理最常用的一种实验方法是 .

解析 本题的研究对象是小球,同一小球在斜面上的高度不同,小球运动到底端的速度不同,小球把纸盒推动的距离长短不同,表明小球动能大小不一样,这运用了控制变量法和转换法.学生对控制实验条件的意识淡薄,不能从图像中观察分析得出结论是造成解题错误的主要原因.控制变量法是初中物理重要的研究方法,它的核心是:控制什么?怎么控制?改变什么?怎么改变?观察什么现象进而得到什么结论?这需要我们具体问题具体分析.

三、 培养评价能力

纵观近几年各地中考试题,对实验方案的评价频繁出现.课标要求物理实验中不仅要关注学生知识与技能的掌握情况,还应关注学生的探究、合作、批评性思维和解决问题等能力的形成,重视学生学习与发展的过程,激发学生内在发展的动力.在实验复习中,我们要学会评价实验过程中研究问题的方案,总结实验过程中的困惑与喜悦、失败与成功.

例5 (2012·山西)在“测量小灯泡的电阻”实验中,小灯泡的额定电压是2.5V.

(1) 请你用笔画线代替导线将如图甲所示电路连接完整.

(2) 小梦在接完最后一根导线时,小灯泡立即发光.请你分析产生这一现象的原因是 .

(3) 排除故障后,继续实验,如图乙是小灯泡正常发光时的电流,此时灯丝的电阻为 ?摇 Ω.

(4) 大梦和小梦按照老师的要求,设计了如下在缺少电流表时测量小灯泡电阻的方案:

大梦:用如图丙所示电路(滑动变阻器最大阻值已知),闭合开关,分别读出滑片在A、B两端时电压表的示数,然后计算出小灯泡的电阻.

小梦:把一个电压表分别接在小灯泡和阻值已知的定值电阻两端,如图丁所示,闭合开关,读出电压表的示数,然后计算出小灯泡的电阻.

你认为 设计的方案好,理由是 .

解析 连接完最后一根导线时,小灯泡立即发光,是因为连接电路时开关未断开;由图可知当灯两端电压为2.5 V时,通过其电流为0.5 A,进而求出灯丝的电阻为5Ω;两种方案都可以测出小灯泡的电阻,大梦的方案仅需移动滑动变阻器的滑片,不需换接电压表,操作简便.

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物理是一门以实验为基础的自然科学,与其它学科不同,它不需要死记硬背,而是更加注重对知识的理解和应用,同时物理知识来源于生活,也能应用到生活中去,是一门与生活实际联系相当紧密的学科。物理规律大都是需要在实验的基础上,认真总结和思考得来的。作为物理教师,在学生学习物理知识过程中,如能正确的演示和指导学生物理实验,不仅可以激发学生求知欲望,促进学生掌握和运用知识,还能培养学生严谨求实的科学态度。

随着近年来中考的改革,物理实验考查已作为一项必考内容,使物理实验教学更具有重要的现实意义。因此,物理实验教学应成为培养学生实践能力和创新精神的重要教育资源。如何开发利用好这块资源并开展物理实验创新教育,需要我们初中物理教师深入地探索。本文是我在近几年初中物理实验教学中所进行的一些尝试。

1.挖掘探究的要素,创设探究的氛围,扩大探究空间和思维空间

传统的物理实验是验证实验,具体表现为:教师让学生先知道实验的目的、原理以及最后的实验结论,要求学生背熟实验步骤后用固定的实验器材按步就班地进行实验,学生不考虑为何要这样做;新课程标准下,探究实验越来越被人们重视,能激发学生的学习兴趣、能锻炼学生的各方面能力、培养学生的性格品质,提高学生的科学素养和创新精神。科学探究的七步骤是:“提出问题――猜想与假设――设计实验――进行实验――收集数据――分析论证――得出结论――评价与交流”。探究实验在初中物理教材中已有明显增加,教师在演示实验、小实验等都可挖掘一些探究的要素。因此,教师在进行实验教学以前,要想方设法、有意识地创设一种探究的氛围,扩大探究空间和思维空间。例如,《声音的响度与什么因素有关》这一实验探究时,先提出问题,让学生猜想并说出猜想的依据,并放手让学生去结合书上给出的实验设计方案完成实验,让学生思考以下几个问题:①音叉的振幅不易观察,要通过什么方法能比较出其振幅的大小?②这一实验中应观察什么?如何记录实验现象?③你还能设计哪些不同实验进一步来探究这个问题?最后,同学们很好完成了本探究实验,并设计出了不同的探究方案,而且还学到了一种科学的方法“转换法”――观察球类弹起的幅度来推理不易观察的音叉振幅。因此,用物理实验进行教学不要仅仅停留在实验的层面上,要创造性地去探索。

2.实验器材的使用,可拓展创新

物理是一门与生活实际紧密联系的科学。实验器材可以使用实验室所配备的,也可以自备自制,还可以使用我们日常生活中的现有物品,例如用汽水瓶做大气压实验,用铅笔和小刀做压强实验,用输液管和刻度尺制作U形压强计等,这些器材学生更熟悉,使学生明白物理就在身边,渗透在日常生活的各个方面。物理实验教学中,如果能巧妙地运用学生身边的一些学习、生活用品等进行实验更富有亲切感,更贴近学生的生活实际,如用圆规和橡皮泥做压强实验:用圆规的尖端放在橡皮泥上和平放在橡皮泥上,明显得到的印记深度不一样说明压强与受力面积有关;平放时用手用力按压一下,印记会加深,又说明压强还和压力有关。用可乐瓶探究液体压强与深度关系,用两手掌相摩擦感觉发热可探究“做功可改变物体的内能”等。物理教师要尽一切可能,在课堂上为学生展现出丰富多采的物理现象和活生生的物理情景,这样,学生更熟悉,更有利于使学生明白物理就在身边,物理与生活联系非常紧密,学生的学习兴趣能得到很好的激发,深刻理解所学的知识。通过课本上没有出现的器材来开展实验,启发学生的创新思维和培养学生的实践能力,调动学生的创新意识。

3.在物理实验结论的应用与延伸中,引导学生在实验中创出新意

掌握知识的目的是应用知识解决实际问题,进一步巩固和延伸所获取的知识并向知识与技能的深度、广度更进一步的探索。如通过实验探究获得了物态变化的规律后,向学生介绍“神州飞船”发射中应用到的抗高温材料、“热管”技术等,启发学生进行创新联想:“假如你是一位建筑师,你如何运用所学的物理知识在你所建的居室里一年四季保持舒适的温度呢?”同学们想出了许多办法,其中的一位同学的想象很有创意:“用某种材料,把它填充在墙壁内,室内温度升高时,它熔化吸热,阻止温度升高;当温度降低时,它的液态就凝固放热,阻止温度降低,这样,室内温度始终保持在一个舒适的温度,再将外墙壁的颜色设计成可变式,冬天为深黑色,夏天为白色。”对于他富有创造力的想象以及其他同学“异想天开”的想象,我都及时给予鼓励,同学们的创新欲望得到了提高。

用不同的器材、不同的实验方法进行实验,有利于发展学生的个性,活跃学生的思维,激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望,达到不同层次创新能力培养的目标。例如,用钢锯条可以做许多实验:探究力使物体产生形变、磁化、光的直线传播、发声原因、音调跟频率的关系、响度跟振幅的关系、导电性能等等,这样的实验环境能引导学生求异、求新,而不是拘泥于一种思维定势,能在实验中创出新意。

4、运用多媒体辅助实验教学,发挥多媒体技术在物理实验中的作用

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一、等效法

又叫“替代法”是利用一个物体的某一物理性质与另一物体在这一物理性质上效果相同的特点,从而加以替代的方法。能替代的前提是等效。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的,它们之间可以相互替代,而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题,提出一个简单的方案或没想,而使它们的效果完全相同,从而将问题化难为易,求得解决。这种科学思维方法不仅在定义物理概念时经常用到,如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效等,而且在分析和设计实验时也经常用到。如:将一个9欧的电阻替换4欧和5欧串联的电阻,电路中电流表的示数不变,说明一个9欧的电阻与阻值为4欧和5欧串联的电阻对电流的阻碍作用是等效的,所以可用9欧的电阻替代4欧和5欧串联的电阻。

二、类比法

是科学探究中常用的一种方法,主要应用于概念的引入、结论的得出等。比如,在学习“电流的形成”概念时,我们将电流类比水流,从而引入了电荷定向移动的道理;而在学习“电压”概念时,我们又类比了水压。通过类比的方法能够使学生对知识较为容易的入手,使概念明确、浅显易懂。

三、比较法

是将几个内容或思路相近,但各自却又具有不同特点的物理量或原理进行比较,分别列出它们的相同点和不同点,对比地进行研究。比如,在教学将蒸发与沸腾的异同点进行比较。将电流表和电压表的使用方法进行比较等等。通过比较的方法,能够使学生对问题看得更为细致,对问题的理解更深入。

四、概念分析法

是在解决问题时,运用相关物理概念作为标准依据,对问题进行分析,判断其对错,从而得出正确的结论,并获得正确结果的方法。运用此法时,要对物理概念理解透彻,弄清楚概念的适应条件和注意事项。在电学中,我们对摩擦起电概念、电流的形成概念、电压概念、电功的概念等都必须能有个深刻理解,在理解的基础上对一些题目中出现的相似、相异的地方进行辨析。

五、控制变量法

是整个初中物理实验中最常用、最能体现科学探究性的一种方法。其理解为,当被研究的问题受到多个因素影响时,为了探究其中某个因素对结果有什么样的影响,要控制其它因素不变的方法。比如,研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;压力的作用效果与哪些因素有关;影响液体压强大小的因素;影响物体动能和重力势能的大小的主要因素;物体吸收或放出热量的多少与哪些因素有关等;电流产生的热量多少与哪些因素有关,影响电磁铁磁性强弱的主要因素等等。在电学中,“欧姆定律”是电学的基础和重点,处于电学的核心位置。学生们通过之前的学习掌握了电路的3个基本部分:电流、电压、电阻。它们之间有怎样的关系呢?根据新课程标准的要求,教材安排了一个比较完整的探究活动,涵盖了探究的7个要素。其中重点是如何运用“控制变量法”的方法来设计整个实验,明确用什么方法保证什么物理量不变,用什么方法改变什么物理量。控制变量法也是近几年中考物理实验的重点内容,是值得反复总结的一个方法。

六、转换法