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中学物理实验研究中的若干问题探讨

作者:佚名    论文来源:phynet.cn    点击数:    更新时间:2006-8-16 切换到繁體中文

浙江湖州市双林中学沈建康

物理实验是物理教学的一个重要组成部分。它主要通过实验帮助学生正确理解物理概念和规律,培养学生的观察,分析,归纳能力和实验操作技能,以及良好的习惯。可以说离开实验就难以实现物理教学的目的。要提高实验教学的质量就必须进行实验研究。实验教学形式的改进和实验方法,仪器的改进及设计是实验研究的主要组成部分。本文试图通过一些具体的实验,探讨物理实验的改进和设计中几个值得注意的问题。

一、加强实验设计的科学性鉴别

保证物理实验的科学性,也就是实验在物理原理上站得住脚,这是实验设计最起码的要求。实验设计缺乏科学性多产生于设计时没有对实验原理、实验过程进行认真的分析。这类错误在实验研究中比例较小,但是会错误引导。因此,必须加强实验设计的科学性鉴别。

某杂志上曾刊有实验设计:“用小磁针偏转验证运动电荷产生的磁场”,其设计思想(实验原理)是:用高压感应圈产生高压使阴极射线管放电,产生运动电子流,电子流产生的磁场使放置在附近的小磁针发生偏转。实验器材:J1206型感应圈、阴极射线管、小磁针、导线若干。实验原理图如图一所示。

该实验设计思想简单,所采用的仪器又是中学常规配置的。如果按原理图接线时,电流方向反向,阴极射线的磁场也应反向,小磁针的偏转方向也应反向。事实上,小磁针的偏转方向未发生变化。

便于分析,我们在电路中串联接入电流表,起动正常后测得;1=0.5mA, r=5cm;(r为小磁针与射线间的距离)。以无限长导线磁场近似求得阴极射线产生的磁场B电:

B电≈u。I/2πr=2×0.5×10-3×10-7/0.05

=2×10-T

查物理数据表可知:地球表面附近地磁场B地=0.5×10-4T,放置装置时使→B电与→B地垂直。此时小磁针指向应在合磁场方向上(图二),其偏转角θ:

tgθ=B电/B地≈4×10-3,θ≈0°

感应圈 →B地 →B合

┌──── ─────┐ ↑

│ ┌───────┐ │ │

└─┼─┤ ├──┼─┘ │

↑└───────┘ │

r ↓ │

───── ◇ └────────→→B地

─────

图一、实验原理图图二、磁偏角

从上面分析可知,该电子流产生的磁场非常小,不可能使小磁针产生“看得见”的偏转。那么偏转的原因是什么呢?当我们拆去联线,只启动高压感应圈,发现小磁针偏转基本不变。进一步分析可知,使小磁针偏转的真正原因是高压感应圈内强大的感应磁场。

二、设计实验应考虑实验误差的传递性

中学物理实验强调的是实验的“教学功能”,加上教育经费的因素,中学物理实验采用精度较低的仪器、仪表,如:5级、2.5级。进行数据处理时,我们发现某些实验由于实验误差的传递性,一开始“差之毫厘”,其结果却“谬之千里”。这样的实验不仅仅没有起到教学效果,反面影响学生对物理规律的理解。因此,在设计中学物理实验时应考虑实验误差的传递性。

有人设计了一个串联半偏法测表头内阻的实验,下面我们

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