物理实验的学习步骤和方法(2)

例如，液体的沸点表反映了不同液体沸腾时的温度，用它可以查找液体的沸点，单位是℃，因液体的沸点跟压强等条件有关系，表中所列的通常是在1标准大气压下的沸点值。对示意图、电路图、实物图等的观察，主要观察它们分别反映的是什么物理模型，有何用途，仪器和电路的结构是怎样布局的，各个部件（或元件）如何连接，各部分有什么关系等等。（5）观察实验装置的安装。通过对实验装置安装的观察，可了解该装置的用途，使用了哪些仪器和元件以及仪器配置的顺序和方法等等。（6）观察实验的操作过程。通过对实验操作过程观察，可了解操作前需做哪些准备工作，操作实验的顺序和过程怎样（例略）。（7）观察实验的现象。对实验现象的观察，主要是观察现象产生的条件和过程。例如，两根相距很近的平行导线，当通入相同方向的电流时，两者会相互吸引；当通入相反方向电流时，两者就互相排斥。（8）观察实验的数据。实验数据的观察，要求观测的方法要正确，数字的读数要根据仪器最小刻度达到一定的准确度，记录测量的结果时必须明确数据的单位。例如，测物体长度，观察刻度时要眼睛正视制度线，不能斜视，观察装在玻璃量筒里或玻璃量杯里水面到达的刻度时，视线要跟水面凹形的底部相平，观察水银温度计时，视线要和水银面最高处相平。（9）观察教师的示范演示。对教师示范演示的观察，要观察教师规范化的安装实验装置，合理地安排实验程序和正确的操作过程以及演示物理现象、数据的读取和记录，如何得到实验结果等等（例略）。5．物理实验中的观察方法物理实验观察，通常采用的方法有：对比观察法和归纳观察法。
     （1）对比观察法。人们认识事物、现象，往往是通过对两个事物、现象的对比，或把某一现象发生变化的前、后情况进行比较来实现的。例如，观察物质熔解或凝固时的体积变化，就可以把石蜡放在烧杯里，先用酒精灯徐徐加热使其全部熔解。这时，观察到石蜡液面是水平的，标出液面与烧杯接触的高度。撤去酒精灯，等石蜡冷却全部凝固后，经过观察发现：石蜡面与烧杯接触的高度虽然没有明显的变化，但表面凹下去了。又如，在学习沸腾现象时，可以观察液体在沸腾前和沸腾时的情况，并进行比较。这时，要求学生做到细致、敏捷、全面、准确地观察。结果会发现：沸腾前，液体内部形成气泡，气泡在上升过程中逐渐变大，达到液面后破裂。通过液体沸腾前、后的情况对比，可以得知：沸腾是液体内部和表面都进行剧烈地汽化的现象。我们还可以人为地控制条件，使液体分别在常压、加压、减压下沸腾，比较不同情况下的沸腾现象可知：同一种液体，沸点随外界压强变化而改变；如果研究对象为不同液体，使它们在相同外界压强的条件下沸腾，通过对比实验观察可知，在相同的压强下，不同液体的沸点是不同的。
     从以上两个例子可以看出：使用对比观察法，有利于掌握现象的特征以及它与其它类似现象的区别。（2）归纳观察法。总结一些现象的一般规律，反映现象的实质时，或研究一些涉及变化因素较多的问题时，通常采用归纳观察法。即通过对个别现象分别进行观察，得到一些个别的结论，再分析、归纳，从而得出一般的规律。例如，为了便于研究质点的加速度与力、质量的关系，就在先确定质量这个因素是不变情况下，观察加速度与力之间的关系；然后在确定另一个因素——力是不变的情况下，观察加速度与质量之间的关系；最后，通过归纳得出牛顿第二运动定律。可见，使用归纳观察法，有利于掌握现象的实质以及研究比较复杂现象的一般规律。总之，培养观察能力，要明确观察的目的、任务，激发学生的观察兴趣，要使学生养成善于观察、勤于思考的习惯，要教给学生观察的方法，对学生进行观察训练，要求观察得准确、全面、细致、敏捷。6．实验结果的表示实验结果的表示，首先取决于实验的物理模式，通过被测量之间的相互关系，考虑实验结果的表示方法。常见的实验结果的表示方法是有图解法和方程表示法。在处理数据时可根据需要和方便选择任何一种方法表示实验的最后结果。
     （1）实验结果的图形表示法。把实验结果用函数图形表示出来，在实验工作中也有普遍的实用价值。它有明显的直观性，能清楚的反映出实验过程中变量之间的变化进程和连续变化的趋势。精确地描制图线，在具体数学关系式为未知的情况下还可进行图解，并可借助图形来选择经验公式的数学模型。因此用图形来表示实验的结果是每个中学生必须掌握的。图解法主要问题是拟合面线，一般可分五步来进行。①整理数据，即取合理的有效数字表示测得值，剔除可疑数据，给出相应的测量误差。②选择坐标纸，坐标纸的选择应为便于作图或更能方使地反映变量之间的相互关系为原则。可根据需要和方便选择不同的坐标纸，原来为曲线关系的两个变量经过坐标变换利用对数坐标就要能变成直线关系。常用的有直角坐标纸、单对数坐标纸和双对数坐标纸。③坐标分度，在坐标纸选定以后，就要合理的确定图纸上每一小格的距离所代表的数值，但起码应注意下面两个原则：a.格值的大小应当与测量得值所表达的精确度相适应。b.为便于制图和利用图形查找数据每个格值代表的有效数字尽量采用1、2、4、5避免使用3、6、7、9等数字。④作散点图，根据确定的坐标分度值将数据作为点的坐标在坐标纸中标出，考虑到数据的分类及测量的数据组先后顺序等，应采用不同符号标出点的坐标。
     常用的符号有：×○●△■等，规定标记的中心为数据的坐标。⑤拟合曲线，拟合曲线是用图形表示实验结果的主要目的，也是培养学生作图方法和技巧的关键一环，拟合曲线时应注意以下几点：a.转折点尽量要少，更不能出现人为折曲。b.曲线走向应尽量靠近各坐标点，而不是通过所有点。c.除曲线通过的点以外，处于曲线两侧的点数应当相近。⑥注解说明，规范的作图法表示实验结果要对得到的图形作必要的说明，其内容包括图形所代表的物理定义、查阅和使用图形的方法，制图时间、地点、条件，制图数据的来源等。（2）实验结果的方程表示法。方程式是中学生应用较多的一种数学形式，利用方程式表示实验结果。不仅在形式上紧凑，并且也便于作数学上的进一步处理。实验结果的方程表示法一般可分以下四步进行。
     ①确立数学模型，对于只研究两个变量相互关系的实验，其数学模型可借助于图解法来确定，首先根据实验数据在直角坐标系中作出相应图线，看其图线是否是直线，反比关系曲线，幂函数曲线，指数曲线等，就可确定出经验方程的数学模型分别为：Y=a+bx，Y=a+b/x，Y=a\b，Y=aexp（bx）②改直，为方便的求出曲线关系方程的未定系数，在精度要求不太高的情况下，在确定的数学模型的基础上，通过对数学模型求对数方法，变换成为直线方程，并根据实验数据用单对数（或双对数）坐标系作出对应的直线图形。③求出直线方程未定系数，根据改直后直线图形，通过学生已经掌握的解析几何的原理，就可根据坐标系内的直线找出其斜率和截距，确定出直线方程的两个未定系数。④求出经验方程，将确定的两个未定系数代入数学模型，即得到中学生比较习惯的直角坐标系的经验方程。中学物理实验有它一套实验知识、方法、习惯和技能，要学好这套系统的实验知识、方法、习惯和技能，需要教师在教学过程中作科学的安排，由浅入深，由简到繁加以培养和锻炼。逐步掌握探索未知物理规律的基本方法。
     7．分组实验问题对学生分组实验，目前存在的主要问题是：①有的学生不讲求实验目的是否达到，不按实验规则和实验步骤进行实验，只是在实验室里把仪器当作玩具胡乱地摆弄几下就了事；②有的学生不遵守实验室的纪律，在实验室内串来串去，大声讲话，干扰别人的实验操作；③在分组实验中的操作往往由一人包办到底，其余同学只是陪坐，不能参与实验活动；④有的同学不重视实验的科学性，不重视实验现象和实验数据的真实性，而是凑凑实验数据了事，将实验课变成了凑数据、拼结论的课。针对上述情况，在组织分组实验，特别是进实验室做第一个实验时，实验前的教育，从开始就着手培养良好的实验习惯。如爱护仪器，遵守实验室的各种纪律，实验前弄清实验目的，实验原理，实验步骤，了解实验时的注意事项以及实验仪器的操作和放置。如实验仪器的放置应方便操作和易于观察，需要观察和读数的仪器、仪表应放在中间靠近操作者，需要调节的仪器、仪表应放在面前稍偏右，其它器件以不影响操作，不防碍观察做有序的放置。应要求学生人人参加实验活动，认真观察实验现象和记录真实的实验数据。实验结束后，将实验仪器清理归还原处。认真处理实验所测出的数据，分析归纳实验中观察的现象，从而得出实验结论，分析实验误差，并写出简单的实验报告。