物理实验的学习步骤和方法

中学物理实验是培养学生科学的观察、实验能力，科学的思维、分析和解决问题能力的主要课程之一。正向李政道先生所说的那样：“教物理重要的是让学生懂道理……”根据中学物理教学的目的和教学大纲的基本要求，在中学物理实验的教学过程中应使学生在科学实验的基本方法上有一个实在的感受，从而培养他们的探索精神和创造性，并受到科学方法的教育。1．实验设计为使实验达到预期的目的，必须明白为什么要做这个实验，做这个实验是要解决现实技术问题、知识问题，还是要探索一下教材中将要出现的物理现象等等。解决实际问题的是什么样的，探索书中的知识问题时，应当明白是哪一个问题及什么现象。目的明确，是实验成功的前题。设计实验的基本方法归纳为下面几种：（1）平衡法。用于设计测量仪器。用已知量去检验测量另一些物理量。例如天平、弹簧秤、温度计、比重计等。（2）转换法。借助于力、热、光、电现象的相互转换实行间接测量，例如打点计时器的设计，电磁仪表、光电管的设计等。（3）放大法。利用迭加，反射等原理将微小量放大为可测量，例如游标尺、螺旋测微器、库仑扭秤、油膜法测分子直径等。2．探索性实验的选题学生探索性实验，并不是去揭示尚未认识的物理规律。而是在经历该实验的全过程之后，对探索性实验有一个实在的感受，掌握探索未知物理规律的基本方法。探索性实验的选题应与学生的知识水平和学习任务相适应。
     在选题方面应注意到以下几点：（1）根据中学生学到的数学知识和在实验时间上的限制，实验结果的经验公式以一次线性为宜。如：①线性关系：Y=a+bx②反比关系：Y=a+b/x③幂关系：Y=axb改直：logy=loga+blogx④指数关系： Y=aexp（bx）改直：Iny=Ina+bx以上各式中x为自变量，y为应变量，同时又是被测量，a、b为常数。（2）两个被测量之间的变化特征具有较强的可观察性。（3）经验公式的理论分析不宜过于复杂。3．物理实验的操作方法操作能力，主要是指基本仪器的使用和数据的读出，仪器、设备的组装或连接，故障的排除等三个方面。（1）基本仪器的作用。中学物理实验涉及的基本测量仪器有：米尺、卡尺、螺旋测微器、天平、停表、弹簧秤、温度计、气压计、安培计、伏特计、变阻箱、万用表、示波器。使用基本测量仪器的规范要求是：①了解测量仪器的使用方法，明确测量范围允许极限和精密程度；②对某些仪器如电表等，在使用前，必须调节零点，或记下零点误差；③牢记使用规则和操作程序；④正确读取数据。例如，弹簧秤的正确使用要求是：明确弹簧秤的测量范围；测量前，记下零点误差；使用弹簧秤时，施力的方向应与弹簧的轴线在同一直线上，不能使弹簧秤受力过久，以免引起弹性疲劳，损坏仪器；正确地观察读数，记取数据时，不仅要记录最小刻度能指示出来的数，还应读出一位估计数字，数据后面要写明单位。
     又如，安培计的正确使用要求是：明确量程；使用前，调节零点；正确连接应与待测电路串联，并注意正、负极性；正确读取数据，注明单位。（2）仪器、设备的组装或连接。要进行一个物理实验，总是需要先把各个仪器、部件、设备组装起来，并要求装配和连接必须正确无误。具体要求是：布局要合理，要便于观察和操作；连接要正确，简单；实验前要检查，必要时进行预备性调节。例如，电路实验，操作要求是：①按照实验原理电路图，安排好仪器、元件的布局，要便于连接，便于检查，便于操作，便于读取数据。②正确地连接电路。安培表、伏特表是否分别与待测电路串联、并联，正、负极性是否正确；滑线变阻器的接线是否合理；连接线路是否符合先支路、再并列、后干路、最后接电源的程序；电键是否能控制电路；接线是否简捷、牢固。③实验前应先检查电路，发现问题及时纠正，并进行预备性调节。④严格按操作程序操作，例如，改变电阻器的阻值，是否由小到大，或由大到小，最后，正确读取数据。
     （3）故障的排除实验中的故障排除，不单是一种操作能力，它涉及对实验原理的掌握程度、分析问题处理问题的方法、对各部件工作情况的了解等，是一种综合运用能力。实验发生故障时，应根据各部件工作状态及各部件联结处的分析，可能产生故障的几种因素，逐个检查，以致最后排除故障。总之，培养实验操作能力，是学习物理的必要基础，它有利于对知识的理解，有利于自己创造条件探索问题，有利于学生智力的发展。在物理学习中，培养操作能力，应有计划地、分阶段地进行。第一，操作的认知阶段要求对操作技能有初步的认识，在头脑中形成操作的映象，要求按规定的程序，做一些目的单纯的定向训练；第二，操作的阶调阶段要求反复练习操作，提高操作的准确性、协调性。4．物理实验中的观察内容观察是对事物和现象的仔细察看、了解。它是思维的知觉，智力活动的门户和源泉。中学物理实验中的观察是一种有目的、有计划而且比较持久的思维知觉，一般需要重点地观察实验的基本仪器、实验的设备和装置，实验中的各种物理现象和数据、图象、图表，以及教师的规范化操作等等。
     （1）观察仪器的刻度。仪器刻度的观察，主要是弄清刻度值的单位及其最小分度值，由此可确定测量值应估读到哪一位。（2）观察仪器的构造。主要是通过观察，了解仪器的结构原理、每个部件的作用、测量范围等等。例如，液体温度计是利用液体热胀冷缩的原理制成的。它们的底部都有一个玻璃泡，上部是一根顶端封闭、内径细而均匀的玻璃管，在管和泡里有适量的某种液体，管上标有刻度，在温度改变时，液体热胀冷缩，管内液面位置就随着改变，从液体达到的刻度就可读出温度值，温度计由于用途不一，测量范围也各不相同。例如，体温计的测量范围是35～42℃，一般实验室的水银温度计其测量范围是20～100℃。（3）观察仪器的铭牌。通过对仪器铭牌的观察可了解仪器的名称、规格、使用方法和使用条件等等。例如，有的变阻器的铭牌上标有“滑动变阻器，1.5A50Ω的意思是滑动变阻器允许通入的最大电流是1.5A，最大阻值是50Ω。（4）观察图像、图表、示意图、实物图。对图像的观察，主要是观察它反映的是什么物理现象，物理量变化过程怎样，物理量的变化遵循什么规律。对图表的观察，主要通过观察了解图表的意义、用途、应用条件以及所列物理量的单位。