书城科普读物动手做实验丛书--物理实验操作方法运用
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第21章 物理实验操作过程中的方法及注意事项(8)

(3)用两个三角尺和直尺测硬币直径时,要将硬币平放在水平桌面上,硬币边缘紧贴直尺,并使三角尺、直尺、硬币三者在同一水平面内。

(4)认读刻度尺时,要估读到尺最小刻度的下一位。

(5)要测量三次求平均值。

测平均速度

(6)装置斜面时,斜面要保持很小的坡度,以使小车慢速滑行,方便计时。

(7)测量路程时,须从小车的头量到头或从尾量到尾。

(8)实验时两人一组,专人记时,小车开始运动时和撞击金属片的时刻差,就是小车在这段路程中的时间。

用温度计测水的温度

(9)使用温度计前应先观察它的温度测量范围——量程是否合适。

(10)实验前要弄清它的最小刻度,以便快速读数。

(11)测量时,要使温度计的玻璃泡与被测物体充分接触,但不要使玻璃泡碰到容器壁或底部。

(12)计数时,不要让温度计的玻璃泡离开被测物体,并且要等温度计示数稳定后再读,眼睛视线要与温度计中液柱的上表面相平。

观察水的沸腾

(13)观察水的沸腾现象时,要同时观察水的表面和内部的汽化现象。

(14)绝对禁止用酒精灯引燃另一只酒精灯,用完灯后须用灯盖盖灭;若酒精洒出在桌上燃烧,可立即用湿布扑盖。

(15)酒精灯的外焰部分温度较高,应用它的外焰部分去加热。

用天平称固体和液体的质量

(16)天平必须放在基本水平的桌面上。

(17)称量时加减砝码须用镊子,并且要轻放,用完后要放回砝码盒内,各实验小组不能互借或互换砝码。

(18)实验时要保持天平和砝码的清洁和干燥,不能用手摸天平,也不能将湿的东西或化学药品直接放在天平盘上。

(19)实验前要估计一下被测物体的质量是否在天平的称量范围内。

用天平和量筒测固体和液体的密度

(20)测石块体积时,要将细线拴住的石块,在水中上下振动几次,以便排除吸附在它表面的小气泡。

(21)测盐水密度时,所用盐水应适当多一些,以减少测量误差。

研究液体的压强

(22)用压强计测同一深度各方向的压强时,应保持金属盒稳定在水中某个位置。

(23)实验前要记住U型管两管液面的位置,弄清它旁边刻度的每一格的刻度值。

测滑轮组的机械效率

(24)测拉力时,弹簧秤应钩着绳子作匀速运动,使钩码匀速上升,当示数保持在某一值左右时,这时才能读数。

(25)测钩码上升的高度时,应使刻度尺竖直,记下钩码起始位置和升高位置,这两个位置的高度差就是钩码上升高度。

组成串联电路和并联电路

(26)实验前要识别电源的正负极及其电压值。

(27)接线时,先要清除导线头的绝缘层及污物,对裸头多股线芯要拧成一股。

(28)把导线末端向接线柱绞接时,应沿着螺帽旋紧的方向缠绕,有垫圈的接线柱,导线要套在两个垫圈之间。

(29)连接电路时,电键要断开,电路接好后应经检查才能闭合电键。

(30)闭合电键若灯不亮,应立即切断电键找故障。

10用电流表测电流

(31)实验前应先弄清它有几个量程,量程值和对应的每大格和每小格的读数是多少,再看指针是否对准零刻度。

(42)分清表上的正、负接线柱。

(33)每次测量前应先画好电路图,在图中电流符号两侧标上“+”“-”号代表它的两个接线柱,经检查无误后再按电路图连接。

(34)为防止电流过大烧坏电流表,应先估算电路电流的大小,再选用适当的量程。

11用电压表测电压

(35)实验前应先弄清它的量程及其对应的每大格和每小格的电压值各是多少,再看指针是否指零。

(36)为避免接错电压表,每次测量前先在电路图中画好电压表,在电压表符号两侧标上“+”“-”号,经检查无误后再按图接入电路。

(37)电键合上前,先将电键进行一次试触,指针正常偏转时,才能正式合上电键实验。

12用电流表和电压表测电阻

(38)在闭合电键前应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大位置。

13测定小灯泡的功率

(39)所选电源的电压值要略高于待测灯泡的额定电压值。

(40)闭合电键前,要将滑动变阻器阻值调至最大。

14研究电磁铁

(41)插入螺线管内的铁芯必须是软铁。

(42)在改变滑动变阻器阻值,应平稳地移动滑片,以免损坏电流表。

15安装直流电动机模型(43)安装直流电动机模型时,要尽量减少轴与轴架间的摩擦,电刷与换向器的接触要不紧不松。

物理实验数据分析技能的训练

高中物理在学生实验中安排了一次练习分析实验数据的实验,浙江省宁波效实中学姜水根、王家祥老师在论述这个实验的设计思想与实验原理的基础上提出了几点教学建议:

设计思想

新编教材在某些地方(如矢量、连接体问题)比原教材降低了教学要求,而在实验方面有所加强,其中一个明显的变化是增加了一个分析实验数据的练习。为什么要增加这个练习呢?

这是因为学会分析和处理实验数据是一项很重要的实验技能,掌握这种实验技能,不但对帮助学生在整个高中阶段做好学生实验是非常有益的,而且对学生在今后离开学校参加工作后独立处理问题也是不无好处。正是为了培养学生这方面的能力,教材中安排了这样一个既简单明了、又有一定分析难度的学生实验。当然,这个实验的具体设计方案可以有许多种,比如,我们可以举这样的例子:

例1:某物体的温度随时间而变化,如表1所示,求温度随时间变化的规律。

这是一个典型的冷却问题,温度随时间按指数函数规律变化。要根据表所列的实验数据,找出这个函数,对于高中生来说,显然是太难了。〔注1〕我们也可以举这样的例子:

例2:汽车在平直公路上行驶,在时刻t汽车离公路上某参考点的距离为s,得表2,求距离s随时间t变化的规律。

很显然,这辆汽车在向着参考点做匀速直线运动,汽车离参考点的距离与时间成线性关系,但这样的问题太简单,不能激发高中学生的求知欲望,不能很好地培养他们分析问题的能力。

现在教科书举的这个例子,是研究圆柱形容器里的水从底部排水孔排水的问题,这个例子的好处是:(1)题目具体简明,直观性强,不必使用复杂的仪器,既容易准备,也容易想象;(2)难易适度,排水时间随排水孔直径变大而减小,这种t正比于1/d2的关系既不像线性关系或反比关系那样简单,但也不太复杂,推想起来比较自然。

实验原理

这个实验,对学生来说是从纷繁复杂的实验数据中抓住主要矛盾,理出头绪,进一步猜想、推测排水时间t与排水孔直径d的关系。这是一个探索过程。

对教师来说,应当完全掌握这个规律,这样才能在学生的探索过程中,对不同程度的学生给予不同程度的恰当的指导。

现将这个问题分析如下:

设圆柱形容器的直径为D,排水孔直径为d,原来装水的深度为h0。水从排水孔排出,当时间为t秒时,水深为h,排出的水的速度为v,根据伯努里方程可得:

v=σ2gh,其中g为重力加速度,σ为水的流出系数,(取σ=06),经时间dt,液位变化量为dh(dh<0),则在这dt时间内容器排出水的体积是dV=π4D2|dh|=-π4D2dh这正是通过排水孔的流量,则dV=π4d2vdt=π4d2σ2ghdt,可得:

-D2dh=d2σ2ghdt则dt=-D2dhσd22gh,积分之,得:t=-2D2σd22gh+C,C为积分常数,根据初始条件,当t=0,h=h0,则C=2D2σd22gh0所以t=2D2σd22g(h0-h)。

令h=0,即得排尽水所用的时间t=2D2σd22gh0〔注2〕由此我们可得如下结论:(一)排尽水的时间与圆柱形容器的直径D的平方成正比(当d,h0不变)。(二)排尽水的时间与盛水深度h0的平方根成正比(当D、d不变)。(三)排尽水的时间与排水孔的直径d的平方成反比(当D、h0不变),课本要求的正是这一点。

教学建议

(1)分析是本堂课的重点这堂课的教学由两部分内容组成,一是介绍实验装置及取得数据的方法,二是分析实验数据,后者是重点。

对实验装置当然要介绍,至少应在黑板上画一个如图1所示的示意图进行讲解,最好能用透明圆柱形容器演示一下排水过程,使学生获得感性认识,能观察到排水孔大了,则放水时间短了等。

对于取得数据的方法(如用停表记时等)也应当介绍,但是不必再重复做这个实验进行测量,因为实验操作不是本课的主要内容,而且再测得一组数据将会与书上提供的数据不尽一致,反而会干扰本堂课的重点。所以本堂课可以用较少的时间讲解实验装置和测得数据的方法,而将重点放在对课本所提供的数据的分析上。