普通物理試驗(yàn)作為基礎(chǔ)課的任務(wù)課件

1、普通物理實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)課的任務(wù)東北師范大學(xué)物理學(xué)院趙立竹 楊述武課程目標(biāo)： 在扎實(shí)基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)、基本實(shí)驗(yàn)技能和基本實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，更注重突出實(shí)驗(yàn)過程，深化物理思想，加強(qiáng)信息技術(shù)在普通物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。強(qiáng)化理論與實(shí)際的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，達(dá)到利用物理實(shí)驗(yàn)的思想設(shè)計(jì)、構(gòu)造物理過程的能力。 基本任務(wù)： 通過實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)與實(shí)踐調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與積極性，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)有一種渴望，在理解實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，體會(huì)實(shí)驗(yàn)中的物理思想，掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法，具有用簡(jiǎn)化的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的能力，了解信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的基本應(yīng)用。 具體實(shí)施(為達(dá)到目標(biāo)完成任務(wù))1.提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣緒論課

2、：明確課程目標(biāo)，指出普物實(shí)驗(yàn)對(duì)物理思維的形成、對(duì)將來從事的工作、研究可能的積極影響，課程中有許多用腦想、動(dòng)手做的內(nèi)容等，舉有趣的實(shí)驗(yàn)例子，調(diào)動(dòng)學(xué)生渴望做實(shí)驗(yàn)的欲望。課程內(nèi)容：增加有趣味性的實(shí)驗(yàn)，以及在原實(shí)驗(yàn)中增加趣味性內(nèi)容。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：讓學(xué)生自己去查資料、選題、方案設(shè)計(jì)，實(shí)際操作，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，個(gè)學(xué)足夠發(fā)揮的空間。2. 組成測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè) 組成實(shí)驗(yàn)的測(cè)量系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)的基本要求，是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，這與實(shí)驗(yàn)方法、儀器調(diào)整的要求明確程度、操作技巧和觀察判斷的能力密切相關(guān)，此部分的訓(xùn)練對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣呤种匾?，?yīng)嚴(yán)格要求。學(xué)生方面常出現(xiàn)問題： （1）對(duì)原理、要求未充分理解；（2）儀器布置有錯(cuò)，

3、特別是電路的連線；（3）儀器未調(diào)整到正常使用狀態(tài)（有的是不明確什么是正常使用狀態(tài)）；（4）實(shí)驗(yàn)操作中的失誤；（5）實(shí)驗(yàn)條件控制失當(dāng)，等等。教師方面如何解決問題：（1）要求學(xué)生課前充分預(yù)習(xí)；（2）強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中隨時(shí)自檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。（3）鼓勵(lì)學(xué)生找出問題所在，通過討論解決問題。（4）老師以提問、啟發(fā)等方式指導(dǎo)學(xué)生解決問題，而盡可能不代替學(xué)生處理問題。（5）有些不影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的需要一些時(shí)間解決的疑惑，可讓學(xué)生思考，課后在討論。3.誤差分析和數(shù)據(jù)處理 誤差分析和數(shù)據(jù)處理是普通物理實(shí)驗(yàn)的基本訓(xùn)練內(nèi)容之一，通過普物實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生形成基本的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng) 誤差分析應(yīng)貫徹在實(shí)驗(yàn)的全過程中。實(shí)驗(yàn)過程將取得若干

4、數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理首先要考慮有否要修正的數(shù)據(jù)，其次是剔除其中的壞數(shù)據(jù)，用這些初步整理的數(shù)值，按實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行：求出被測(cè)量的最佳估計(jì)值；要求的實(shí)驗(yàn)曲線；算出測(cè)量不確定度，得出標(biāo)準(zhǔn)不確定度A分量(uA)，標(biāo)準(zhǔn)不確定度B分量(uB)，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度(uc)，擴(kuò)展不確定度（U95，置信概率p95%）。 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不能全面要求算出不確定度，但要有少數(shù)實(shí)驗(yàn)對(duì)此有一定的訓(xùn)練。 4.實(shí)驗(yàn)的物理思想 每個(gè)物理實(shí)驗(yàn)都是由一定的實(shí)驗(yàn)裝置和計(jì)量器具組成的物理系統(tǒng)，每一系統(tǒng)都是在一定物理思想指導(dǎo)下組成的，并且進(jìn)一步給出一個(gè)數(shù)學(xué)模型，我們根據(jù)此數(shù)學(xué)模型組織測(cè)量，得出一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，了解實(shí)驗(yàn)的物理思想，一是對(duì)實(shí)驗(yàn)有深入的了解，

5、再是有助于來日的設(shè)計(jì)。 物理思想的核心，一是如何構(gòu)成一物理系統(tǒng)，使被測(cè)量可以被測(cè)出，再就是如何提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。5. 計(jì)算機(jī)與物理實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)要解決的問題，可有以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)處理：如復(fù)雜函數(shù)的求值，直線擬合，不確定度計(jì)算；有關(guān)數(shù)據(jù)處理有很多現(xiàn)成的軟件，練習(xí)使用有關(guān)軟件也是基本的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)的模擬操作訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)物理過程的模擬；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的自動(dòng)控制，在此重要的是計(jì)算機(jī)的接口，一般實(shí)驗(yàn)的物理量為連續(xù)可變的模擬量，而計(jì)算機(jī)可接受的是二進(jìn)制數(shù)字量，這要有一變換電路，即A/D變換。計(jì)算機(jī)要控制外部設(shè)備又要將計(jì)算機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制數(shù)碼變換成模擬量，這一變換電路為D/A變換。此外

6、還有傳感器及放大電路等問題。6結(jié)束語 以上從作為基礎(chǔ)課的普通物理實(shí)驗(yàn)，談了幾個(gè)問題，但是對(duì)于學(xué)生可能面臨各種問題，共同的基礎(chǔ)問題是思維能力的培養(yǎng)，解決新問題，發(fā)現(xiàn)新問題的能力是重要的。謝謝例：我們已知自由落下的加速度為g，但在如下的實(shí)驗(yàn)中，下落的加速度a大于g。實(shí)驗(yàn)裝置如下實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，用手指支持棍的B端，突然撤去手指，棍向下擺動(dòng)落在軟墊上，將發(fā)現(xiàn)球在桶中。問：（1）球進(jìn)入桶中，是否說明了棍的B端的下落加速度a大于球的g？ （2）如認(rèn)為ag。估算一下a比g大多少 （3）從理論上說明此問題（要在學(xué)習(xí)剛體運(yùn)動(dòng)之后）例：雙棱鏡測(cè)光波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置（1）擺上各部件后要檢驗(yàn)通過狹縫的光是否射到棱的兩側(cè)；

7、（2）通過棱鏡后，光的疊加區(qū)是否進(jìn)入目鏡；（3）調(diào)節(jié)狹縫，使光能夠暗些；（4）慢轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)狹縫與棱脊平行（向左、向右）出現(xiàn)干涉條紋為止。例：在氣軌上用二滑塊的碰撞驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。 按動(dòng)守恒定律，應(yīng)成立，實(shí)驗(yàn)未能驗(yàn)證守恒定律。分析在此實(shí)驗(yàn)誤差來源有：導(dǎo)軌不平直，氣墊有阻力，使滑塊運(yùn)動(dòng)有加速度；碰撞點(diǎn)未在二滑塊質(zhì)心連線上（非對(duì)心碰撞），碰撞時(shí)引起滑塊震動(dòng)；計(jì)量?jī)x器誤差；由于導(dǎo)軌上氣孔噴氣不穩(wěn)定， 。某次實(shí)驗(yàn)結(jié)果令按理論應(yīng)是c=1。顯然在誤差范圍內(nèi)按上述分析改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量附加加速度，用以修正速度v11,v12,v22，改進(jìn)后再測(cè)的一例，得上計(jì)實(shí)例，顯示在誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為。例：?jiǎn)螖[測(cè)g是一簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，只有一單擺，一米尺和