Alevel高中物理实验教学启示



2009 年第 10 期              物理通报                 实验教学研究
A level 高中物理实验教学启示
刘 颖  朱宝红
( 西安高新第一中学高中部国际高中课程班  陕西 西安   7100
  75)
  英国剑桥考试委员会监督下的 A level 课程以 及 CIE 考 试 ( univercity of Cambridge of internation
examination) 的引入 ,意味着中国考生在本国就能够
  物体的平衡 :利用力矩原理测量均匀尺子的质 量 ( 如图
  1) , 由力矩原理可知 , 顺时针力矩等于逆时 针力矩 , 若 m1 表示砝码的质量 , m2 表示尺子的质 量 , g 是重力加速度 , d1 表示砝码到支点的距离 , d2 表示尺子重心到支点的距离 , 则 m1 = m2 × . 改变
m1 的质量 , 记录 d2 d2 的变化 , 作出 m2 图像 , 斜率 d1 d1 d2 d1
参加英国高考 ,并被英国名校直接录取 . 作者作为 A
level 高中物理教学的一线老师 , 参与了该项国际项
目的实施 ,在此过程中积累了一些经验 . 现将英国高 中物理教学中的经典实验与读者分享 , 为实施新课 程改革的物理教师提供一些教学材料 . 英国高中物理教学中的实验都是一些实施性很 强的实验 ; 除了与中学课本相对应的各种各样的演 示实验仪器之外 , 还有一些利用简单的实验装置就 可以让学生明白相关物理知识的小实验 . 而且这些 小实验非常具有趣味性 ,学生容易接受 ,希望通过这 些实验的介绍可以为教师提供一些教学素材 . 设 , 有计划分步骤地配置与新课程相适应的实验仪 器和设备 , 否则 , 新教材里的一些实验及数据处理只 能是纸上谈兵 . 二是充分利用实验室现有的仪器 、 设备 , 特别是 基本仪器 , 使其发挥最大的功效 . 有些基本仪器如打 点计时器 、 刻度尺 、 、 秒表 游标卡尺 、 电压表 、 电流表 、 滑动变阻器 、 示波器等 , 有的高三学生都不能正确使 用、 读数 , 应在这方面加强基础培训和技能培养 . 三是利用现有器材 , 开发新实验 ; 可让学生设计 用不同的器材去完成同一个实验 . 如测定重力加速 度、 验证牛顿第二定律等实验 . 四是培养学生的动手能力 , 充分利用和挖掘闲 置或废弃的实验器材 , 使其为师生实验教学所用 . 五是实验的设计要开放 , 可源于教材 , 高于教 材 . 如对光现象的研究 , 可以事先给出一组器材 , 有 各种光源 、 光具 ( 透镜 、 面镜 、 三棱镜 、 玻璃砖等 ) 、 或 其他看似无关的物品 , 让学生试探着进行组合实验 , 通过观察 、 、 探究 记录 , 同学之间合作 、 、 交流 研讨 , 师 生共同分析得出结论 . 这种非 “配方” 式的实验教学
即为质量 。
图 1  利用力矩原理测量尺子的质量
马铃薯电池内阻的测量 : 相比较一般的干电池 内阻的测量 , 马铃薯内阻的测量更容易引起学生的 不受教材的限制 , 学生心理压力小 , 能极大地调动学 生的积极性和主动性 . 六是鼓励挖掘生活资源 , 师生共同设计实验方 案 , 并收集废旧或常见器材 , 如易拉罐 、 塑料瓶 、 一次 性纸杯 、 注射器 、 激光棒等进行实验 . 笔者在进行 “光 的偏振” 教学时 , 由于实验室偏振片较少 , 且演示时 学生轮流观察不便 , 于是请同学们从计算器 、 电子表 等带有液晶显示的物品中去寻找 , 并进行实验观察 , 结果解决了取材问题 . 有的同学将上下透明的电子 表直接放到计算器上面进行旋转观察 , 其效果十分 明显 . 七是走向自然 、 社会 , 去挖掘丰富的实验资源 , 开阔学生视野 . 利用节假日 , 布置适量的物理研究性 学习课题 , 让学生收集 、 整理 . 学生也可以自找实验 课题 . 实验交流时 , 学生将自己的实验成果展示在实 验室内 , 学生之间交流汇报 , 师生共同点评 . 开放性实验室给学生提供了一个激发兴趣 、 探 究创新 、 合作交流 、 培养能力的场所 ; 只要师生共同 努力 , 开放性实验室建设必将结出硕果 . ? 45 ?
2009 年第 10 期              物理通报                 实验教学研究
兴趣 . 将一个锌片和铜片电极插入到马铃薯中即可 进行实验 . 圆周运动 :把一个质量为 m 的小球系在长绳的 一端 , 然后让长绳穿过一个可以拿在手里的橡胶管 , 在绳子的另一端系上一个已知质量为 M 的物体 . 让 小球做水平圆周运动 , 直到它以一个恒定的速度运 动 ( 如图
  2) . 当其做匀速圆周运动的时候 , 根据理论 ω Mg = m l , 此时 M 和 l 已确定 , 同时可以利用秒表
2
常数 k . 这个实验为学生提供了选择实验仪器 、 处理 数据 、 考虑误差的机会 . 驻波实验 : 将一个玻璃或者橡胶管竖直插入水 中 , 插入的长短可以改变空气柱的长度 . 音叉在玻璃 管的一端敲击 , 改变其长度可以听见声音逐渐变化 . 改变长度直到声音变成最大 , 此时空气中产生了声 音的驻波 . 学生可以研究音叉的频率与管长之间的 关系 , 知道产生第一个共振时管的长度为波长的四 λ 分之一 , 于是可以利用 v = f 测量声速 . 描述放射性特征的筛子游戏 : 放射性材料的衰 变特性可以用筛子模型来解释 , 半衰期可以通过图 像分析获得 . 使用大量经过处理的骰子 , 三个面为一 种颜色 , 两个面为另一种颜色 , 一个面为第三种颜 色 . 学生选择其中一种颜色 , 将所有骰子全部执出 . 他们取出那些选中颜色的骰子 , 记录剩下的骰子数 , 以此类推直到没有骰子留下 . 记录的骰子数 N 可以 关于投掷次数画出一个图像 , 从这个图像中 , 骰子的 半衰期可以通过图像计算出来 . 一般而言 ,40 个骰 子一组可以获得更好的图像 . 通过这些实验我们会发现英国物理实验注重教 会学生设计实验 , 分析数据 , 分析误差的科学方法 . 他们的实验一般都是针对一些量化的理论 , 虽然这 些量化的理论在课本中有些可能并未提及 , 但只要 你拿到一个理论以及与这个理论相对应的相关公 式 , 学生就应该具有设计实验 、 实施实验 、 获取数据 、 分析数据 、 分析误差的能力 ; 这不仅仅可以让学生掌 握相关的物理学常识 , 在无形之中也在培养学生的 自主探究的科研能力 . 同时 , 在英国课本介绍的物理 实验大多数是可操作性很强的实验 , 生活中的瓶瓶 罐罐再加上我们平常使用的常用仪器就构成了整个
测量周期 T , 此时重力加速度 g 或者 m 的值就可以 被确定 . 这个实验可以帮助学生进行数据分析并考 虑数据中的误差 .
图 2  研究圆周运动规律实验装置图
物体的振动 :实验 (
  1) . 学生将质量为 m 的砝码 固定于长度为 l 的悬臂 ( 例如一个木制米尺 ) 的一 端 . 悬臂以周期 T 竖直振动 ( 图
  3) . 学生被告知周期 与质量之间的关系为 T = am , 希望学生通过实验
n
寻找 n 的数值 . 这是一个教会学生分析数据的绝佳实验 , 将其 转变为对数形式可得 lg T = nlg m + lg a , 此时改变砝 码质量测出不同的周期 T 的数值 , 画出 lg T - lg m 图 像 , 则其斜率就是 n 的数值 .
图 3  悬臂振动研究装置图
实验系统 , 这些都是我们值得借鉴的地方 . 中学物理 实验并非越复杂越好 , 容易被学生接受和理解的实 验系统就是一个好的实验系统 . 参考文献
1   Teaching AS physics practical skills ,published by university of Cambridge 2   Teaching A2 physics practical skills ,published by university of Cambridge
实验 (
  2) . 实验装置图同样如图 3 , 但此时固定 砝码的质量 , 改变米尺的长度 , 学生可以获得 T 与 l 之间的关系 T = al , 请找出 n 的数值 , 分析方法同
n
上. 简谐振动 :劲度系数为 k 的弹簧下端连接有质 量为 m 的砝码 , 学生测量振动的周期 T , 已知公式 π T = 2
k , 改变 m , 测量不同的 T 的数值以确定 m
? 46
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