《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究》講義

目錄TOC\o＂1－3”\h\z\uＨYPERLINK\l＂_Toｃ３５345５85１＂第1章物理實(shí)驗(yàn)與物理學(xué)進(jìn)展 PＡＧERＥＦ_Toｃ3５3４５585１\ｈ１HYPＥRLINK\ｌ”_Toｃ353４5585２”１.1物理實(shí)驗(yàn)與觀察、生產(chǎn)勞動(dòng) 第１章物理實(shí)驗(yàn)與物理學(xué)進(jìn)展1．1物理實(shí)驗(yàn)與觀察、生產(chǎn)勞動(dòng)全部自然科學(xué)都來(lái)自于實(shí)踐,都是在對(duì)自然現(xiàn)象觀察的基礎(chǔ)上，從科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)進(jìn)展起來(lái)的，物理學(xué)亦如此.但是，物理實(shí)驗(yàn)與物理觀察和生產(chǎn)勞動(dòng)并不完全相同。1.兩個(gè)概念物理實(shí)驗(yàn):是人們依據(jù)討論的目的，運(yùn)用科學(xué)儀器設(shè)備，認(rèn)為地掌握、制造或純化某種自然過(guò)程,使之按預(yù)期的進(jìn)程進(jìn)展.同時(shí)在盡可能削減干擾客觀狀態(tài)的前提下進(jìn)行觀察，以探究物理過(guò)程變化規(guī)律的一種科學(xué)活動(dòng).觀察:是通過(guò)感官感受外部的各種刺激,形成對(duì)周圍事物的印象.科學(xué)觀察是有計(jì)劃、有目的地對(duì)自然狀態(tài)下的客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)考察和描述的一種科學(xué)活動(dòng)。２．物理實(shí)驗(yàn)與觀察的差異（1)共同點(diǎn)兩者都是科學(xué)實(shí)踐中搜集事實(shí)、取得閱歷的途徑。（2）差別A．實(shí)驗(yàn)中，人處于主動(dòng)地位，可充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,掌握條件，轉(zhuǎn)變客觀狀態(tài)和進(jìn)程,使自然現(xiàn)象的變化有利于得出規(guī)律性熟識(shí)。觀察中,人處于被動(dòng)地位，只能等待自然現(xiàn)象按其原來(lái)進(jìn)程進(jìn)展，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行記錄和討論。B.實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以重復(fù)，它不是簡(jiǎn)潔的純感性的活動(dòng),而是包括深刻的理性思維.C。觀察一般是獵取原始材料的基本方法。（3)聯(lián)系觀察是實(shí)驗(yàn)的前提，實(shí)驗(yàn)是觀察的進(jìn)展.觀察是搜集自然現(xiàn)象供應(yīng)的東西,實(shí)驗(yàn)室從自然現(xiàn)象中提取它需要的東西.因此，觀察和實(shí)驗(yàn)室兩種不同層次的熟識(shí)手段,起著不同的作用。３．物理實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)勞動(dòng)的區(qū)分物理實(shí)驗(yàn)是以在科學(xué)理論指導(dǎo)下探究自然規(guī)律為主要目的；生產(chǎn)勞動(dòng)以直接轉(zhuǎn)變自然，達(dá)到增加物質(zhì)財(cái)寶為目的,且不要求得到自然規(guī)律.1.2物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)進(jìn)展中的地位物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其概念的建立、定律的發(fā)現(xiàn)都有堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),在物理學(xué)的進(jìn)展中有著巨大的意義和推動(dòng)作用。1．物理實(shí)驗(yàn)與古代物理學(xué)的進(jìn)展物理學(xué)的進(jìn)展，經(jīng)歷了從萌芽時(shí)期到經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期,再到現(xiàn)代物理學(xué)時(shí)期的三個(gè)大進(jìn)展階段。在古代(公元前七、八世紀(jì))，物理學(xué)只是“自然哲學(xué)”的重要組成部分。此時(shí),主要依靠對(duì)自然現(xiàn)象和生產(chǎn)、生活很不充分地觀察，以及簡(jiǎn)潔粗造的實(shí)驗(yàn)，直覺(jué)地、籠統(tǒng)地去把我物理現(xiàn)象的一般特性。物理學(xué)基本上處于對(duì)現(xiàn)象的描述,閱歷的簡(jiǎn)潔總結(jié)和思辨性的推測(cè)階段，扮演的巨大作用還未被充分熟識(shí)。在古代,很多人曾做過(guò)很多實(shí)驗(yàn)，或進(jìn)行過(guò)觀察,對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作過(guò)各種解釋或總結(jié),提出過(guò)種種理論,制造了不少儀器,對(duì)古代物理學(xué)的進(jìn)展起到了樂(lè)觀的推動(dòng)作用。例如：（1)古巴比倫人：用“日晷”和水鐘計(jì)時(shí)；(2）古希臘人：摩擦過(guò)的琥珀能吸引輕小的物體,恬然磁石具有磁性;（3）阿基米德：由杠桿實(shí)驗(yàn)得到杠桿定律；由浮力實(shí)驗(yàn)得到浮力定律;(４）《考工記》：水浮法定性估測(cè)物體比重；(5）《墨經(jīng)》：記載了物體所受浮力是由于水被物體排開(kāi)的關(guān)系;（６）《墨子》記載了將兩種稍有不同的壇子埋入地下，以推斷地下聲源的方法（固體傳聲和氣腔共振）；（7）沈括(夢(mèng)溪筆談）:用紙人演示共振實(shí)驗(yàn)。綜上所述，這一時(shí)期的物理實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是：(1）零星不系統(tǒng);(2)定量實(shí)驗(yàn)較少，定性實(shí)驗(yàn)較多;（3）大多數(shù)實(shí)驗(yàn)僅限于現(xiàn)象的描述或一般的解釋，沒(méi)有形成系統(tǒng)理論；（4)沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)已有理論。總之，這一時(shí)期的物理實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)思想水平較低,使物理學(xué)沒(méi)有能真正走上科學(xué)的道路。2．物理實(shí)驗(yàn)與經(jīng)典物理學(xué)的進(jìn)展經(jīng)典物理學(xué)實(shí)在16、17世紀(jì)的文藝復(fù)興時(shí)期和科學(xué)革命中誕生的，以伽利略為代表的一大批杰出科學(xué)家，把實(shí)驗(yàn)方法與物理規(guī)律的討論結(jié)合起來(lái),對(duì)物理學(xué)的進(jìn)展作出了劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。例如：（1）伽利略斜面實(shí)驗(yàn)、落體實(shí)驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)定律和自由落體規(guī)律；（2）庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)、摩擦實(shí)驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)了庫(kù)侖力的平方反比定律和摩擦定律；(3）卡文迪許用扭秤裝置測(cè)定了地球密度：得到了地球密度和引力常數(shù)；(4）焦耳熱功當(dāng)量的討論:為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的確立奠定了堅(jiān)固的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；（５)分子速度分布律：1859年:麥克斯韋提出1８60年：氣體沾滯性隨壓強(qiáng)轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)（間接證明白麥克斯韋速度分布律）１911年：杜諾伊爾制作成功分子束裝置１920年：斯特恩用分子束實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)分子速度分布律做直接驗(yàn)證1955年：米勒、庫(kù)什精確測(cè)定（6）布朗運(yùn)動(dòng)：是分子無(wú)規(guī)章熱運(yùn)動(dòng)的有力證據(jù),對(duì)熟識(shí)分子、分子的存在有重要意義；(7）奧斯特：電流磁效應(yīng)開(kāi)創(chuàng)了電磁學(xué)的富強(qiáng)時(shí)期；（８)法拉第:電磁感應(yīng)現(xiàn)象;（９）楊氏雙縫干涉：為光的波動(dòng)說(shuō)供應(yīng)了確鑿證據(jù);（10）邁克爾遜－莫雷實(shí)驗(yàn):否定了“以太”的存在，導(dǎo)致了相對(duì)論的消滅。綜上所述，經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)的進(jìn)展起到了很大的推動(dòng)作用,在經(jīng)典物理學(xué)中地位極其重要.更為重要的是，在這一時(shí)期，人們將數(shù)學(xué)引入到實(shí)驗(yàn)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果理論化,形成了系統(tǒng)的經(jīng)典物理理論體系，并能用理論去指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，大大豐富了物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵,擴(kuò)展了物理實(shí)驗(yàn)的功能。從經(jīng)典物理學(xué)的進(jìn)展來(lái)看,物理實(shí)驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用，并形成了物理實(shí)驗(yàn)自己獨(dú)特的一套討論方法和科學(xué)思想，具有如下特點(diǎn)：(1）把實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)結(jié)合起來(lái)既注意規(guī)律推理,又依靠實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，構(gòu)成了一套完整的科學(xué)討論方法:觀察→提出假設(shè)→運(yùn)用數(shù)學(xué)和規(guī)律推理→實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)→形成理論。（2)有意識(shí)地在實(shí)驗(yàn)中拋開(kāi)一些次要因素，制造抱負(fù)化的物理?xiàng)l件這是力求使實(shí)驗(yàn)條件盡可能符合數(shù)學(xué)要求，以便于獲得超越實(shí)驗(yàn)本身的特殊條件的熟識(shí)，又要設(shè)法轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)測(cè)量條件,以使之易于測(cè)量。(3）用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論(4）把實(shí)驗(yàn)和理論聯(lián)系起來(lái)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果上升到普遍的理論高度。３．物理實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)展經(jīng)典物理學(xué)從１６世紀(jì)到19世紀(jì)末,歷經(jīng)３00年的進(jìn)展,達(dá)到了比較完整和成熟的階段.但是,此時(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)了很多經(jīng)典物理無(wú)法解釋的事實(shí),其中電子的發(fā)現(xiàn)、X射線的發(fā)現(xiàn)和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)具有根本的意義，它們的發(fā)現(xiàn)引起了物理學(xué)的革命,導(dǎo)致了現(xiàn)代物理的誕生.例如：（1)霍爾效應(yīng):確定半導(dǎo)體材料的基本參數(shù)，推動(dòng)半導(dǎo)體理論的進(jìn)展；(2）塞曼效應(yīng):涉及光的輻射機(jī)理，反常塞曼效應(yīng)的討論推動(dòng)了量子理論的進(jìn)展；(3)陰極射線荷質(zhì)比測(cè)定：發(fā)現(xiàn)了電子;（4）黑體輻射公式：導(dǎo)致量子力學(xué)的產(chǎn)生；（5）盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)：提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；（6）弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)：證明白原子能級(jí)的存在,揭示了原子能及圖像,證明白玻爾理論的正確性；（7）斯特恩—蓋拉赫實(shí)驗(yàn)：證明白空間量化理論,既角動(dòng)量的空間取向量子化；(8)戴維森－革末實(shí)驗(yàn)：證明白德布羅意物質(zhì)波假設(shè),形成了一門獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。綜上所述,現(xiàn)代物理是從實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)開(kāi)頭的，并在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)展起來(lái)?，F(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)?zāi)酥廉?dāng)前物理實(shí)驗(yàn)方法和進(jìn)展的特點(diǎn)和趨勢(shì)如下:（1）實(shí)驗(yàn)與物理論結(jié)合越來(lái)越緊密，成為不行分割和相互依靠的結(jié)合體。物理實(shí)驗(yàn)更加需要理論指導(dǎo)，在理論的猜測(cè)和條件范圍內(nèi)進(jìn)行，而不是盲目的；（2）實(shí)驗(yàn)需要更先進(jìn)的技術(shù)和儀器設(shè)備。由于現(xiàn)代物理需要探究更細(xì)微的結(jié)構(gòu)，更遠(yuǎn)的距離，更短的時(shí)間，更大或更小的壓強(qiáng),更高或更低的溫度等；（3）物理實(shí)驗(yàn)方法與其它學(xué)科的結(jié)合和向其它學(xué)科的滲透,使得新的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)更快地在應(yīng)用領(lǐng)域得到推廣使用；(4)當(dāng)代前沿的物理實(shí)驗(yàn)越來(lái)越成為大規(guī)模的、集體的、綜合的工程，需要各個(gè)方面的科學(xué)家和工程技術(shù)人員,甚至是國(guó)際之間的合作；(5）建立和利用空間實(shí)驗(yàn)室，充分利用太空的高真空、無(wú)污染、失重等天然條件?？傊?，近代物理的進(jìn)展更加離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。1.３物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)進(jìn)展中的作用從整個(gè)物理學(xué)的進(jìn)展來(lái)看，物理實(shí)驗(yàn)在各個(gè)階段所起的作用不盡相同，但它是整個(gè)物理學(xué)理論的基礎(chǔ)，是物理學(xué)進(jìn)展的基本動(dòng)力。它在物理學(xué)總的作用主要表現(xiàn)在:1.發(fā)現(xiàn)新事物和探究新規(guī)律從物理學(xué)進(jìn)展歷史來(lái)看，大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)，供應(yīng)了新規(guī)律建立的基礎(chǔ)；它也可以揭示理論的不足，進(jìn)而為開(kāi)拓新的領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。２．驗(yàn)證理論理論是物理學(xué)的核心,其正確性必須有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的重要手段之一.理論和實(shí)驗(yàn)之間是相輔相成的關(guān)系，沒(méi)有實(shí)驗(yàn),理論是空洞的；沒(méi)有理論，實(shí)驗(yàn)室盲目的。３.常數(shù)的測(cè)定物理學(xué)中有大量的常數(shù)，大致可分為兩大類：物質(zhì)常數(shù)（如比熱、電阻率、折射率等);基本常數(shù)（如真空中的光速、基本電荷、普朗克常數(shù)等)。前者會(huì)隨某一因素轉(zhuǎn)變，后者是普遍適用的。物理學(xué)中，大量的實(shí)驗(yàn)是圍繞常數(shù)進(jìn)行的,格外是基本常數(shù)的討論和確定,在物理學(xué)進(jìn)展中占有極其重要的地位。4．推廣應(yīng)用將成熟的實(shí)驗(yàn)技術(shù)推廣到其它學(xué)科中。第2章物理實(shí)驗(yàn)與物理教學(xué)2.１科學(xué)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)實(shí)驗(yàn)1。科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要特點(diǎn):（1）實(shí)驗(yàn)條件可嚴(yán)格掌握A。忽視干擾、只考慮主要問(wèn)題;B．從不同側(cè)面探究物理規(guī)律.（２）實(shí)驗(yàn)課重復(fù)(3)需要借助各種儀器,以獲得人們不能直接感知的現(xiàn)象、規(guī)律(4）可在特殊條件下或特殊情環(huán)境中進(jìn)行,格外是對(duì)特殊的物理現(xiàn)象。２。教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室有選擇地把一部分討論或探究物理現(xiàn)象和規(guī)律的實(shí)驗(yàn)和事實(shí)，在集中的時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)給同學(xué)，教給同學(xué).在此活動(dòng)中,同學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程與物理學(xué)家的探究過(guò)程有相像之處。因此,教學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)同學(xué)的熟識(shí)活動(dòng)所起的作用與科學(xué)實(shí)驗(yàn)相像.３。教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的差別科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康陌l(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、探究新規(guī)律幫助同學(xué)掌握知識(shí)和學(xué)習(xí)方法,培育能力，提高素養(yǎng)。內(nèi)容由需探究的新問(wèn)題而定按教學(xué)目的設(shè)計(jì)按教學(xué)需要支配新的、未知的成熟的，對(duì)同學(xué)是新的形式通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀察現(xiàn)象，測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算和分析結(jié)果，得出物理規(guī)律，但能否得到最終結(jié)果未知結(jié)果是肯定的注兩者的共同特征:物理現(xiàn)象要明顯或物理規(guī)律要清楚2.２物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的地位物理實(shí)驗(yàn)室物理教學(xué)中的一個(gè)重要的組成部分，它既是物理教學(xué)的基礎(chǔ),又是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段.1。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)物理教學(xué)中運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的目的在于給同學(xué)制造一個(gè)良好的環(huán)境，使同學(xué)能主動(dòng)獵取物理知識(shí)和進(jìn)展能力,促進(jìn)同學(xué)科學(xué)品質(zhì)和世界觀的形成；使同學(xué)掌握實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本方法，培育其實(shí)驗(yàn)技能和能力。中學(xué)物理教學(xué)必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，這是由實(shí)驗(yàn)本身的特點(diǎn)以及在物理教學(xué)中的作用所決定的。2．實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容（１)物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)不行分割的重要內(nèi)容物理學(xué)任何一部分內(nèi)容的進(jìn)展都可分解為三種因素：實(shí)驗(yàn)（事實(shí)）、物理思想(規(guī)律、方法論）和數(shù)學(xué)(表述形式或計(jì)量公式)。由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本身就是老師應(yīng)該教、同學(xué)應(yīng)該學(xué)的.（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分實(shí)驗(yàn)是物理概念、規(guī)律教學(xué)中不行少的基礎(chǔ)。離開(kāi)了實(shí)驗(yàn)的物理教學(xué)只能是“空中樓閣”。有了實(shí)驗(yàn)的物理教學(xué),可把枯燥難懂的知識(shí)變得生動(dòng)，有利于激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)愛(ài)好,調(diào)動(dòng)同學(xué)的學(xué)習(xí)樂(lè)觀性。（3)實(shí)驗(yàn)是培育同學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ谋ＷC中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)有演示、示范和分組實(shí)驗(yàn)。由此可使同學(xué)從中學(xué)到實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本技術(shù)和基本方法，可進(jìn)展能力、培育良好的素養(yǎng)。３．實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)討論的重要方法(1)實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)討論的重要方法實(shí)驗(yàn)（討論）方法,是人們依據(jù)討論目的,利用肯定的儀器設(shè)備人為地制造、掌握或模擬自然現(xiàn)象,使某些現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn)，以便于人們反復(fù)觀察討論的一種方法.實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于能將簡(jiǎn)潔條件簡(jiǎn)化，借助儀器設(shè)備突出討論對(duì)象的主要因素，排解次要的非本質(zhì)因素，使需熟識(shí)的某種性質(zhì)或關(guān)系以比較純粹的形式表現(xiàn)出來(lái),以使人們能較容易、較精確地發(fā)現(xiàn)規(guī)律。（２)實(shí)驗(yàn)是老師教物理、同學(xué)學(xué)物理的重要方法通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)知道探究發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的過(guò)程,培育和提高同學(xué)的觀察能力和規(guī)律思維能力，培育同學(xué)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和制造能力，幫助同學(xué)掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。４．實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要手段實(shí)驗(yàn)：直觀簡(jiǎn)略，形象生動(dòng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué):從感性到理性，從簡(jiǎn)略到抽象,從簡(jiǎn)潔到簡(jiǎn)潔,符合同學(xué)的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律。2.３物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用１。培育同學(xué)的愛(ài)好和激發(fā)同學(xué)的求知欲實(shí)驗(yàn)課培育同學(xué)學(xué)習(xí)物理的愛(ài)好,主要緣由是:(1)實(shí)驗(yàn)具有真實(shí)、直觀、形象和生動(dòng)的特點(diǎn)，易于激發(fā)同學(xué)的愛(ài)好中同學(xué)天生奇怪???、好動(dòng),在觀察生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)時(shí)他們注意力會(huì)高度集中，而且布滿激情。(２)實(shí)驗(yàn)是一種有目的性的可操作行為設(shè)法讓同學(xué)多動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)（邊學(xué)邊做、分組實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)),可滿意同學(xué)操作的愿望，可讓同學(xué)不斷體會(huì)到“發(fā)現(xiàn)”和“克服困難解決問(wèn)題獲得成功”后的愉悅，從而提高愛(ài)好，增強(qiáng)信心，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的欲望，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為一種喜愛(ài)科學(xué)的素養(yǎng)和志向。“喜愛(ài)是最好的老師"，只要有了學(xué)習(xí)愛(ài)好，才談得上學(xué)習(xí)的樂(lè)觀性，主動(dòng)性和制造性，因此，老師要設(shè)法讓同學(xué)多做實(shí)驗(yàn)。2．創(chuàng)設(shè)同學(xué)有效掌握知識(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境大多數(shù)物理概念和規(guī)律是從大量簡(jiǎn)略實(shí)例中抽象出來(lái)的,因而，在教學(xué)中必須重視感性熟識(shí)，它是形成概念、掌握規(guī)律的基礎(chǔ)。感性熟識(shí)可來(lái)源于生活,也可來(lái)源于實(shí)驗(yàn)供應(yīng)的物理事實(shí)。但來(lái)源于生活的感性材料通常是簡(jiǎn)潔的運(yùn)動(dòng)形態(tài),本質(zhì)的、非本質(zhì)的交融在一起，由此讓同學(xué)建立概念、熟識(shí)規(guī)律難度較大。而實(shí)驗(yàn)可供應(yīng)進(jìn)行選擇的、經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化和純化的感性材料，使同學(xué)對(duì)物理事實(shí)獲得明確、簡(jiǎn)略的熟識(shí)。和生活實(shí)例相比較,物理實(shí)驗(yàn)具有如下特點(diǎn):(1）實(shí)驗(yàn)具有典型性;（2）實(shí)驗(yàn)具有重復(fù)性；（3）實(shí)驗(yàn)具有趣味性;（4)實(shí)驗(yàn)具有定性和定量討論的全面性。3．訓(xùn)練同學(xué)的科學(xué)方法實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛑圃斐鲎畲_實(shí)、最少受干擾，并保證過(guò)程以其純粹形態(tài)進(jìn)行的物理環(huán)境;它制造了理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程能活化同學(xué)學(xué)到的知識(shí)，能引導(dǎo)同學(xué)像科學(xué)家那樣去觀察周圍的事物，用實(shí)驗(yàn)手段去驗(yàn)證事物的屬性,發(fā)現(xiàn)事物的變化、聯(lián)系和規(guī)律，讓同學(xué)從中學(xué)習(xí)科學(xué)的討論方法,掌握科學(xué)的討論方法，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。綜上所述,實(shí)驗(yàn)室對(duì)同學(xué)進(jìn)行制造意識(shí)訓(xùn)練和科學(xué)方法訓(xùn)練的有效途徑。實(shí)驗(yàn)的基本方法有4大類:（1）實(shí)驗(yàn)歸納法是由個(gè)別到一般的方法,即依據(jù)討論目的認(rèn)為地掌握條件，從大量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中尋找普遍特征,進(jìn)而概括出規(guī)律的方法。其特點(diǎn)是:實(shí)驗(yàn)在前,結(jié)論在后。也稱之為探干脆試驗(yàn)，是中學(xué)物理教學(xué)中最常見(jiàn)的一種。(2）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法是一種推理、推斷在前，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在后的討論方法,即在已知的物理理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上,或是在消滅了與已知物理理論根本沖突的物理事實(shí)時(shí)，經(jīng)過(guò)推理、作出假設(shè)和預(yù)言，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)其真理性,最后肯定或否定論斷,從而得出牢靠的結(jié)論.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法與想象、推理、推斷等思維形式結(jié)合在一起,就構(gòu)成“演繹”的科學(xué)方法，是人的熟識(shí)能力的制造性表現(xiàn)。這種能力促使科學(xué)家超前于實(shí)驗(yàn)而推動(dòng)科學(xué)的進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)技能鼓勵(lì)科學(xué)家大膽設(shè)想、勇于創(chuàng)新的精神，又能無(wú)情地否定謬誤,防止科學(xué)家走上歧途，因此，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也是科學(xué)進(jìn)展的動(dòng)力之一。探干脆、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)若在教學(xué)中使用得當(dāng)，都具有啟迪思維、探究真理的作用.（3）真實(shí)實(shí)驗(yàn)與抱負(fù)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法真實(shí)實(shí)驗(yàn)是人們能夠?qū)嶋H進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。抱負(fù)實(shí)驗(yàn)是人們?cè)陬^腦中塑造的一種抱負(fù)過(guò)程,是規(guī)律推理的一種方法和形式。兩種方式有相像的特征和目的，都是將討論的對(duì)象加以“純化”，以在最少受干擾和影響的條件下，概括出所討論對(duì)象的特性和本質(zhì)。而真實(shí)實(shí)驗(yàn)和抱負(fù)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,是在有限的實(shí)踐基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)推論、推斷而得出抱負(fù)條件下的物理規(guī)律的方法。兩種方法有差別，也有聯(lián)系。真實(shí)實(shí)驗(yàn)是簡(jiǎn)略的實(shí)踐活動(dòng)，可作為檢驗(yàn)物理真理的標(biāo)準(zhǔn)，而抱負(fù)實(shí)驗(yàn)不能作為檢驗(yàn)物理真理的標(biāo)準(zhǔn),而且其本身的結(jié)論的正確性還需要由真實(shí)實(shí)驗(yàn)來(lái)推斷.一般來(lái)講，抱負(fù)實(shí)驗(yàn)依靠于真實(shí)實(shí)驗(yàn)。真實(shí)實(shí)驗(yàn)的純化是相對(duì)的,由于無(wú)論什么條件下都不行能制造出肯定純的環(huán)境，總要受到外界干擾,因此,真實(shí)實(shí)驗(yàn)總具有誤差。抱負(fù)化實(shí)驗(yàn)的純化是肯定的,不會(huì)產(chǎn)生誤差。這在真實(shí)實(shí)驗(yàn)受到制約時(shí),可以超越科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展水平而充分發(fā)揮人的思維能力，比真實(shí)實(shí)驗(yàn)更抽象、更概括、更深刻。因此，抱負(fù)實(shí)驗(yàn)高于真實(shí)實(shí)驗(yàn)，能更直覺(jué)、更深刻地反映物理現(xiàn)象的本質(zhì)，揭示出事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，是人們熟識(shí)能力高度進(jìn)展的體現(xiàn)，在推動(dòng)物理學(xué)進(jìn)展中起著重要作用。（４）追溯機(jī)遇的方法注意實(shí)驗(yàn)中的偶然因素引起的、未意料到的、有重要科學(xué)價(jià)值的新現(xiàn)象.４．培育同學(xué)的各種能力(1)培育同學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?(2）培育同學(xué)想象能力（3）培育同學(xué)思維能力（4)培育同學(xué)觀察能力(5）培育同學(xué)分析能力（6）培育同學(xué)創(chuàng)新能力5．培育同學(xué)良好的科學(xué)素養(yǎng)（1）培育同學(xué)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和堅(jiān)韌不拔的意志品質(zhì)；（2）有助于同學(xué)形成正確的觀點(diǎn)、概念，優(yōu)秀的道德品質(zhì)；（3）培育高尚的思想情操和深厚的學(xué)習(xí)愛(ài)好。第3章物理實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)不僅僅是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)、重要方法和重要手段,也是物理教學(xué)中的重要內(nèi)容。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)討論包括“硬件"(實(shí)驗(yàn))和“軟件”(教學(xué))討論，其討論方法可以分為相互聯(lián)系的三個(gè)部分:實(shí)驗(yàn)討論法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。3。1中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)原理分析方法為確保實(shí)驗(yàn)的成功,對(duì)實(shí)驗(yàn)的討論應(yīng)從分析實(shí)驗(yàn)原理入手，其基本方法是：1．明確實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和要求。2．認(rèn)真討論實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)定量或半定量實(shí)驗(yàn)需要分析實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)源及影響程度.3.確定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。4.對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、器材和實(shí)驗(yàn)條件提出要求,并進(jìn)行選擇，確定操作要電話我注意事項(xiàng)。例1：低壓沸騰實(shí)驗(yàn)在瓶里裝入低于1０0℃的水，用針筒抽氣降壓,可看到水的沸騰。分析如下：(1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫f(shuō)明壓強(qiáng)減小，沸點(diǎn)降低.（2)實(shí)驗(yàn)要求：明顯地顯示出減小瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)后,瓶?jī)?nèi)原來(lái)不沸騰的水發(fā)生沸騰現(xiàn)象.（３）實(shí)驗(yàn)原理:抽氣→減壓→沸點(diǎn)降低→沸點(diǎn)低于水溫→沸騰（4）實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：水溫要高于被降低的那個(gè)沸點(diǎn)，這有兩個(gè)因素共同決定:水溫、降壓的程度。（5）對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求：A。水溫不要太低（〉８5）Ｂ.瓶?jī)?nèi)水不要裝得太少C。橡皮管不能太長(zhǎng)、太軟，瓶塞等處不能漏氣。只要能滿意這三個(gè)要求,即可保證實(shí)驗(yàn)的成功。例２:直導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流分析如下：（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫f(shuō)明直導(dǎo)線切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可在閉合回路中產(chǎn)生電流。（２）實(shí)驗(yàn)要求：當(dāng)直導(dǎo)線切割磁力線時(shí),電流計(jì)指針有明顯的偏轉(zhuǎn),以清楚地表明感應(yīng)電流的產(chǎn)生.（３）實(shí)驗(yàn)原理：切割磁力線→產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（ε＝Bvlsinθ）→產(chǎn)生感應(yīng)電流（I=ε/（Ｒ＋r）→電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)（4）實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：A。感應(yīng)電流要大；B。電流計(jì)要靈敏,可見(jiàn)度大。由此可知,要使實(shí)驗(yàn)達(dá)到滿意的效果，關(guān)鍵在如下幾個(gè)因素:(5)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求綜上所述,該實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵是對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的選取：A。B大：永強(qiáng)磁性磁鐵Ｂ．增大I:用線圈的一條直邊C．減?。遥簩?dǎo)線電阻和接觸電阻要小Ｄ．減小rA:選擇內(nèi)阻較小的電流表E.顯示儀器要靈敏實(shí)際上，只要做到了Ａ、B、C三點(diǎn),可保證此實(shí)驗(yàn)成功。(6）對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的要求Ａ．較快移動(dòng)直導(dǎo)線切割磁力線;B.使直導(dǎo)線、運(yùn)動(dòng)方向和磁力線三者相互垂直.在對(duì)實(shí)驗(yàn)的討論中，格外是在實(shí)驗(yàn)原理的討論中，還應(yīng)注意兩個(gè)很重要的問(wèn)題：（1）所謂實(shí)驗(yàn)原理，并不是僅僅指實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹兴f(shuō)明的物理道理。廣義地講，實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)器材和裝置、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等所依據(jù)的物理道理。在原理分析中所涉及到的很多情況、因素和信息，往往沒(méi)有給出,而需要靠自己去尋找、收集、探究和試驗(yàn)。而且原理分析時(shí)需“抱負(fù)化”,需要略去一些次要因素，或作肯定的簡(jiǎn)化和抽象,但其程度的把握至關(guān)重要。(2)無(wú)論對(duì)定量還是定性試驗(yàn),分析原理時(shí),應(yīng)有“量”的意識(shí)，能做定量或半定量分析的不要輕易放棄。由于“量"變常常會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和效果（結(jié)果)的質(zhì)的變化。但這并不是說(shuō)定性分析不重要,但不能只停留在定性分析上。例3:平行板電容器的電容與兩個(gè)極板間距的關(guān)系的實(shí)驗(yàn).圖1(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?說(shuō)明平行板電容器的電容C隨兩極板間距d的增大而減小的規(guī)律,如圖1所示。圖1（2)實(shí)驗(yàn)要求:當(dāng)兩極板間距ｄ變化時(shí)，靜電計(jì)指針的偏角θ有明顯的變化，即△θ盡可能大。為了便利起見(jiàn)，假定：①用廠制儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不另選儀器;②實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不存在漏電現(xiàn)象、兩極板相對(duì)面積不變；③僅考慮兩靠近的極板逐漸拉開(kāi)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。(3）實(shí)驗(yàn)原理：討論1：依據(jù)公式Ｕ=Q/C，在極板帶電量Q肯定的情況下,C↓→Ｕ↑→θ↑,由于，在ε0，S肯定的情況下，ｄ↑→C↓。所以,當(dāng)d由d０→ｄ′,變化=△d時(shí)，有：C由C0→C′，變化△Ｃ；U由U0→U′,變化△U；θ由θ0→θ′，變化△θ。實(shí)驗(yàn)要求△θ盡可能大。顯然,要使△θ大,就需要△Ｕ大，就需要△Ｃ大。要使△C大，就需要使△d大.（4）實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵：要使△d盡可能大。(5）操作要點(diǎn):將兩極板拉得越開(kāi)越好。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：效果不能令人滿意。顯然，上面的實(shí)驗(yàn)討論不精準(zhǔn)或不全面.圖2討論2:從上面的分析可見(jiàn)，要使△θ大，就需要△C大。但△C的大小并非僅僅決定于△d的大小。對(duì)此,可做下面的分析。圖2①由Ｃ與ｄ的反比關(guān)系圖（如圖2所示)可以很直觀地看出：初始位置d不同,初始電容C也不同；對(duì)于不同的初始位置d,即使△d相同，△Ｃ卻是不同的.②由公式可得：可見(jiàn),△Ｃ不僅取決于△ｄ的大小，還取決于初始間距d0的大小。（4)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵:d0要小，△d要大.（5）操作要點(diǎn):兩極板靠近些再拉開(kāi)些。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：效果不能保證令人滿意(△θ不穩(wěn)定，且通常不很大）.圖3討論３:接上面分析，考慮實(shí)際情況，靜電計(jì)和連線都有肯定的電容（如圖3所示）。所以，在平行板拉開(kāi)的過(guò)程中,平行極板上的電荷并非不變（但是這三個(gè)并聯(lián)電容器上的電荷是不變的）。靜電計(jì)的電容Ｃ計(jì)和連線的電容C連是否可以略去不計(jì)呢？筆者就圖1裝置用SQ1８A型萬(wàn)用電橋進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如下：圖3C計(jì)=5pＦC連=1pF平行板的直徑為20ｃm。對(duì)于不同的間距d,按平行板公式算出的電容理論近似值C板·理、實(shí)際測(cè)出的近似值C板·實(shí)以及整個(gè)裝置的電容實(shí)測(cè)近似值Ｃ實(shí)（C板·實(shí)+C計(jì)+C連）如下表所示。d（cm）C板·理（pF）C板·實(shí)（pF）C實(shí)（pF）0.556２6.232.21.０２８16．422。62。01410.516．55。０５.65。911．910。02。83．79．715.01.９2.9８．920．01.42．68．6

從上面的數(shù)據(jù)可見(jiàn)：①靜電計(jì)和連線的電容不能忽視。②d達(dá)10cm后，系統(tǒng)的總電容基本不變；既然C末基本不變，那么要使△C大,就需要使C初大，即ｄ0要小。(4）實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵:d0要小。（5)操作要點(diǎn)：d0要小，可掌握在0。５~1ｃm內(nèi);△d≥10cm即可（這樣可使系統(tǒng)的電容減小到初始電容的１/３左右，電位差增大3倍左右）.實(shí)驗(yàn)結(jié)果:效果仍不能確保令人滿意。圖4討論４：在這一實(shí)驗(yàn)中，電容的變化由電位差的變化來(lái)反映，而電位差的變化則由靜電計(jì)指針偏角的變化來(lái)反映.在上面的分析中,對(duì)測(cè)量(顯示）儀器-—靜電計(jì)的特性格外是靜電計(jì)指針偏角對(duì)電位差的響應(yīng)情況并沒(méi)有予以考慮。我們知道，靜電計(jì)指針偏角θ與電位差Ｕ不成線性關(guān)系。筆者用靜電高壓發(fā)生器和靜電電壓表對(duì)“文革”前的老靜電計(jì)和“文革"后的新靜電計(jì)進(jìn)行了測(cè)試,分別得到了它們的θ－U關(guān)系,如圖4所示。圖4如前所述，若d0約0。５～1cm，那么極板拉開(kāi)后Ｕ可增大3倍左右。從θ－U圖線可見(jiàn),要使Δθ盡可能大，可使θ０在15°左右，這樣可使Δθ在30°以上，確保變化明顯。實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵:①使ｄ０約為０．５~１cm.②使θ0在15°左右。對(duì)此,用可感應(yīng)帶電的方法給極板帶電,掌握θ0;也可用接觸帶電的方法，若所帶上的電荷較多，可以用手指多次快速接觸連線絕緣包皮使其適當(dāng)漏電的方法來(lái)掌握θ0的大小.按上述要點(diǎn)操作，實(shí)驗(yàn)效果很好，可確保Δθ在3０°以上。從這一實(shí)驗(yàn)的原理分析,我們可以得到兩點(diǎn)啟示.a．所謂實(shí)驗(yàn)原理，并不是僅僅指實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹兴f(shuō)明的物理道理。廣義地講，實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)的方法、實(shí)驗(yàn)的裝置和器材、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等所依據(jù)的物理道理.原理分析中所涉及的很多情況、因素和信息,往往并沒(méi)有給出，而要靠自己去尋找、收集、探究、試驗(yàn)。原理分析時(shí)需要肯定的““抱負(fù)化”、需要略去一些次要的因素或做肯定的簡(jiǎn)化和抽象,但其程度的把握是至關(guān)重要的。ｂ。無(wú)論對(duì)定量實(shí)驗(yàn)，還是定性實(shí)驗(yàn)，在分析原理時(shí),應(yīng)有“量”的意識(shí),能做定量或半定量分析的不要輕意放棄。定性分析固然簡(jiǎn)明、快捷,但是在很多情況下,僅僅停留在定性分析的基礎(chǔ)上是不夠的，由于“量”變常常會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和效果（結(jié)果)的質(zhì)的變化.上面兩點(diǎn)，在分析討論實(shí)驗(yàn)原理時(shí)應(yīng)該予以重視。3．2中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)科學(xué)性與可行性分析實(shí)驗(yàn)原理，必須同時(shí)考慮其科學(xué)性與可行性。無(wú)論是選擇實(shí)驗(yàn)方案,還是設(shè)計(jì)、確定實(shí)驗(yàn)方案，這都是首先要考慮的。實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性：物理原理是否正確,物理原理是否精準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)原理的可行性:從儀器制作、器材選擇、實(shí)驗(yàn)條件和操作等方面考慮試驗(yàn)是否能成功;能否用于實(shí)際教學(xué)過(guò)程，達(dá)到某一教學(xué)目的；對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程而言,是否會(huì)因其規(guī)律混亂.1．原理的正確性要做到原理的正確，應(yīng)注意兩點(diǎn)：(1）不能虛偽弄虛作假、制造假象哄騙同學(xué)是不允許的。（2）原理無(wú)錯(cuò)誤首先要區(qū)分錯(cuò)誤與誤差。誤差是由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和條件的非抱負(fù)化產(chǎn)生的。中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中允許有肯定的誤差,這取決于實(shí)驗(yàn)方法、儀器、實(shí)驗(yàn)條件和教學(xué)要求。但是,實(shí)驗(yàn)原理的錯(cuò)誤是決不允許的。例:靜電感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理分析。用靜電感應(yīng)的方法，能使兩個(gè)帶有絕緣支柱的枕形導(dǎo)體帶上等量異種的電荷。圖1如圖1所示，將兩個(gè)不帶電的枕形絕緣導(dǎo)體Ａ，B靠在一起，再將一帶電體E靠近枕形導(dǎo)體A的一端。這時(shí),在枕形導(dǎo)體Ａ的左端和Ｂ的右端分別感應(yīng)出了正、負(fù)電荷.保持帶電體E不動(dòng)，移開(kāi)枕形導(dǎo)體B，這樣,枕形導(dǎo)體A，Ｂ圖1圖2a圖2b圖2c圖2d為了說(shuō)明“等量異種"這一點(diǎn)，有人設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，如圖2所示。先將已帶了電的枕形導(dǎo)體中的任一個(gè),例如帶正電的A與驗(yàn)電器接觸。驗(yàn)電器傳得電荷后張開(kāi)一個(gè)角度,如圖２(ａ）所示；移開(kāi)這個(gè)枕形導(dǎo)體，驗(yàn)電器保持張角不變,如圖2(ｂ)所示；再將另一個(gè)帶負(fù)電的枕形導(dǎo)體與驗(yàn)電器接觸,這時(shí)，枕形導(dǎo)體的負(fù)電荷就跑到驗(yàn)電器上，與驗(yàn)電器上原有的正電荷中和，整個(gè)驗(yàn)電器就不帶電，驗(yàn)電器箔片也就不張開(kāi)，如圖２（c圖2a圖2b圖2c圖2d盡管有與上述方案預(yù)言的結(jié)果相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象消滅，但是,這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理是否肯定正確呢?對(duì)此，可進(jìn)行如下分析。設(shè)：兩枕形導(dǎo)體的電容都為C1，驗(yàn)電器的電容為C2。用靜電感應(yīng)的方法，使兩枕形導(dǎo)體都帶上Q的電量(先不考慮種類),對(duì)地電位差都為Ｕ＝Ｑ/C1.在圖2（a）所示的情況下，枕形導(dǎo)體Ａ上的電荷有一部分傳到驗(yàn)電器上（不是全部?。＜俣ㄕ硇螌?dǎo)體與驗(yàn)電器接觸后兩者的電容都沒(méi)有轉(zhuǎn)變，那么，驗(yàn)電器上分得的電荷為：驗(yàn)電器和枕形導(dǎo)體A的對(duì)地電位差Ua為:當(dāng)把另一枕形導(dǎo)體B與驗(yàn)電器接觸時(shí)，將有-Ｑ2的電荷先與驗(yàn)電器上的電荷中和，然后,剩下的負(fù)電荷(Ｑ1－Ｑ2a)再按枕形導(dǎo)體和驗(yàn)電器電容的大小而安排給兩者.此時(shí)，驗(yàn)電器分得的電量Ｑ２b應(yīng)為: ?（１）其對(duì)地電位差UB為： ?? ?(2）從(1）、(2）式可見(jiàn),枕形導(dǎo)體B與驗(yàn)電器接觸后，雖然中和了驗(yàn)電器上的正電荷，但卻使驗(yàn)電器帶上了負(fù)電荷。盡管此時(shí)驗(yàn)電器對(duì)地電位差沒(méi)有第一次(Ua）大,但畢竟還有。至于這個(gè)電位差使驗(yàn)電器張開(kāi)多大的角度，則由U的大小決定，亦即由枕形導(dǎo)體原先帶的電量Q和兩者電容的大小所決定。就實(shí)際情況來(lái)看，實(shí)驗(yàn)中常用的枕形導(dǎo)體的電容與驗(yàn)電器的電容是同數(shù)量級(jí)的。測(cè)量結(jié)果表明，前者的電容為３～７pＦ，后者的電容為１~6pF。如果開(kāi)頭時(shí)枕形導(dǎo)體帶的電量Q不多（或Ｕ不大），驗(yàn)電器的電容不比枕形導(dǎo)體的電容小多少，那么Ub就可能比較小,驗(yàn)電器的張角可能小到不易覺(jué)察的程度［如圖2(c)］。但是,這種情況僅是可能消滅的多種情況中的一種。如果開(kāi)頭時(shí)枕形導(dǎo)體帶的電量比較多,驗(yàn)電器箔片仍可張開(kāi)一個(gè)明顯的角度（從演示實(shí)驗(yàn)中可以看到這種情況）。因此，上述實(shí)驗(yàn)方案從原理上來(lái)說(shuō)是不行取的。2．原理的精準(zhǔn)性(1）原理與教學(xué)中需要說(shuō)明的問(wèn)題應(yīng)全都在由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)（原理）的分析來(lái)說(shuō)明某一教學(xué)問(wèn)題時(shí)，若兩者對(duì)不上號(hào)，及原理不精準(zhǔn)是不允許的。例1:“空氣多么中啊”小實(shí)驗(yàn)。將一塊窄長(zhǎng)的薄木條放在桌面上,并向桌外伸出一小部分，在桌面的木條上蓋一張沒(méi)有洞的報(bào)紙，把報(bào)紙擺平。然后，用拳頭或錘子飛快錘擊木條的伸出端的部分，這時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn),你并沒(méi)有把報(bào)紙?zhí)舻娇罩校菍⒛緱l的伸出部分折斷了。這是一個(gè)很生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，通常被用來(lái)說(shuō)明大氣壓的存在。事實(shí)上木條的折斷并非由于大氣壓壓住了報(bào)紙的原因。即使不蓋報(bào)紙,只要打擊飛快,木條也會(huì)折斷。如果打擊時(shí)很慢，在第一種情況下報(bào)紙還是要被挑起，木條也不會(huì)折斷。當(dāng)然,掩蓋了報(bào)紙，木條更易折斷。報(bào)紙的作用,僅是增加了木條在桌面上的那一部分向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所遇到的阻力。至于木條為什么會(huì)被折斷,請(qǐng)大家在看了(或做了）上述的三個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)(二次快打，一次慢打）之后，自己分析解釋。一個(gè)關(guān)于大氣壓力的實(shí)驗(yàn)及解釋.例2:關(guān)關(guān)于大氣壓力的實(shí)驗(yàn)及解釋。有一道習(xí)題:取兩個(gè)粗細(xì)相差很小的試管，在大試管里裝滿水,把小試管底朝下放在大試管里。把這種裝好的兩個(gè)試管倒過(guò)來(lái)，就會(huì)看到大試管里的水漫漫流出，同時(shí)小試管自動(dòng)上升到大試管里,解釋這個(gè)現(xiàn)象。不少教學(xué)參考資料中解釋說(shuō)：小試管在大氣壓的作用下漸漸升至大試管的頂端。做這樣的解釋也許出于這樣的考慮：小試管頂端在水中,水對(duì)頂端的壓力(壓強(qiáng)）由小試管頂端到大試管頂端這一段距離的水柱所決定,它遠(yuǎn)小于大氣壓力。因此,小試管的上升主要由小試管在水外的各玻璃壁受到的大氣壓力所決。小試管的上升是否是由于大氣壓作用的結(jié)果呢？假定在兩試管倒過(guò)來(lái)的一瞬間成如圖所示的情況（這時(shí)刻，水和小試管還基本處于靜止?fàn)顟B(tài)）。我們?nèi)⌒≡嚬転橛懻搶?duì)象,小試管主要受到三個(gè)力：重力Ｇ、向上的大氣壓力F1=p０S(P0為大氣壓強(qiáng)、S為小試管外徑截面積）、水對(duì)小試管頂部外壁的向下的平均壓力F2＝pbS(pb為小試管頂部外壁所受平均壓強(qiáng),可以認(rèn)為是b點(diǎn)的壓強(qiáng)）。小試管所受向上的合力為：F＝F1－F2－G式中，Ｇ和F1是恒定的，而Ｆ2（ｐb）是隨實(shí)驗(yàn)條件而變化的。若開(kāi)頭時(shí)細(xì)試管插入粗試管水中的深度是h。那么,只要水是靜止或流速很小，可以認(rèn)為這時(shí)大氣壓強(qiáng)在水中傳遞的過(guò)程中壓強(qiáng)的大小不變,而且各向同性.因此，小試管頂部b處的平均壓強(qiáng)為：pb＝ｐａ-ρgh=ｐ0－ρｇh因而，F(xiàn)２=（ｐ-ρgｈ）Ｓ由此得到向上的合力的大小為:F=F1-F2—G＝ρghS－Ｇ由上式可知，在兩試管倒過(guò)來(lái)的這一瞬間,如果ρｇhS〉G,則F〉0，小試管就要向上運(yùn)動(dòng)；如果ρghＳ<Ｇ，則F＜0，小試管就要向下運(yùn)動(dòng).而hS就是開(kāi)頭時(shí)小試管排開(kāi)大試管中水的體積。所以,這一實(shí)驗(yàn)要能做成功，必須滿意的一個(gè)條件是:開(kāi)頭時(shí)小試管排開(kāi)水的重力ρghS要大于小試管本身的重力G.為了使這個(gè)條件得到滿意,在操作時(shí)應(yīng)先將大試管差不多灌滿水，再將小試管放在大試管中，使其正好浮在水中,這時(shí)ρｇｈＳ=G，然后將小試管盡可能往水中按下一些，使得ρｇｈS〉G,最后飛快將兩試管倒過(guò)來(lái)。若實(shí)驗(yàn)的初始條件選擇得不當(dāng)，如h太小或Ｇ太大，此實(shí)驗(yàn)都難以成功。當(dāng)細(xì)試管向上運(yùn)動(dòng)后，粗試管中的水就被排擠而流出。這時(shí),影響小試管向上運(yùn)動(dòng)的因素（力)共有四個(gè)，總的效果仍使F保持向上，即保持小試管漸漸上升。由上分析可見(jiàn),小試管的上升,并非僅由于大氣壓力作用的結(jié)果(事實(shí)上,開(kāi)頭時(shí)大氣壓對(duì)小試管的壓力之和是為零的)。把小試管上升的緣由僅歸結(jié)為大氣壓力對(duì)小試管的作用是不精準(zhǔn)的。題目所說(shuō)“兩管粗細(xì)相差很小”也是一個(gè)重要條件。若粗細(xì)相差較大，即使剛開(kāi)頭的瞬間滿意ρghS〉G的條件，但由于水飛快沿兩管壁流下,因而h飛快減小，從而使得F<0,小試管落下.（2)因教學(xué)需要要求消滅的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,就原理來(lái)講必須是唯一的，而不應(yīng)該是可能會(huì)消滅的。3．原理的可行性對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的可行性應(yīng)注意:(1）實(shí)驗(yàn)裝置、器材和實(shí)驗(yàn)條件等方面的限制由于這些限制,使成為抱負(fù)化的實(shí)驗(yàn)方案無(wú)法實(shí)施,因此，設(shè)計(jì)和選擇方案時(shí)必須注意從原理上分析方案是否可行。（2）主要實(shí)驗(yàn)原理不易理解這是由于實(shí)驗(yàn)原理中包含了部分同學(xué)未知的知識(shí)，使同學(xué)不能完全理解。在實(shí)際應(yīng)用應(yīng)加以避開(kāi).例1：“竹筷提米”實(shí)驗(yàn)。在一個(gè)玻璃杯中倒?jié)M大米,并將其按緊，然后插入一根豎直的毛竹筷（或細(xì)木棒）,這時(shí),拿住筷子就可以把裝滿大米的玻璃杯提起來(lái)。一些學(xué)校物理教材支配這個(gè)實(shí)驗(yàn)在“滑動(dòng)摩擦”之后，由同學(xué)自己做。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理涉及靜摩擦力的作用，而靜摩擦力內(nèi)容要到高中才開(kāi)頭講授，學(xué)校二班級(jí)同學(xué)做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)之后也未必能想出其中的道理.因此，在學(xué)校二班級(jí)支配這個(gè)實(shí)驗(yàn)與教學(xué)大綱要求不相符合,是不適宜的。例2:牛頓第三定律和牛頓其次定律實(shí)驗(yàn)。用兩個(gè)質(zhì)量相等的物體相互牽引或推斥的位移相等來(lái)說(shuō)明牛頓第三定律，并用兩個(gè)質(zhì)量不等的物體相互牽引或推斥的拉移與質(zhì)量成反比來(lái)說(shuō)明牛頓其次定律。前一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)上是以牛頓其次定律為基礎(chǔ)來(lái)導(dǎo)出牛頓第三定律,后一個(gè)實(shí)驗(yàn)又以牛頓第三定律為基礎(chǔ)來(lái)導(dǎo)出牛頓其次定律，這樣就消滅了規(guī)律循環(huán)。這種情況是需要避開(kāi)的。4．應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題分析討論實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性和可行時(shí)，應(yīng)注意：(1)不能輕信“原理和結(jié)果的吻合”原理和結(jié)果的吻合，或者實(shí)驗(yàn)消滅的現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)原理所預(yù)期的現(xiàn)象吻合，不肯定說(shuō)明原理沒(méi)有問(wèn)題，而這一點(diǎn)往往被忽視。例１:驗(yàn)證a∝F的實(shí)驗(yàn)。將兩個(gè)質(zhì)量相等的小球分別放在兩條長(zhǎng)度L相同、高度為１與2之比的斜槽（或斜面)上（θ都不大）。讓它們同時(shí)滾下，其中一個(gè)在斜面中點(diǎn),另一個(gè)在斜面頂端,如圖１所示.有些書籍介紹這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理是這樣的。由于這兩個(gè)小球的重力G沿斜面的分力為:圖1圖1兩分力之比為：因此，兩球的運(yùn)動(dòng)加速度之比：又由于兩球離斜槽底端的路程之比：因此，兩球運(yùn)動(dòng)到斜槽底端所需的時(shí)間為：(相等）由于兩球是同時(shí)滾下的，因此它們將同時(shí)到達(dá)斜槽底端。如果斜槽底端是兩塊擋板，那么我們將聽(tīng)到兩球撞擊擋板的聲音是一聲；如果斜槽底端是兩把分別與電池和小燈相連接的碰撞開(kāi)關(guān)，那么我們將能看到兩個(gè)小燈同時(shí)亮。實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)原理分析時(shí)所預(yù)期的結(jié)果全都.由于原理與結(jié)果吻合，這個(gè)實(shí)驗(yàn)流傳了幾十年,被很多人所接受.如果能冷靜地再分析一下實(shí)驗(yàn)的話，就不難發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)原理是有問(wèn)題的,其問(wèn)題主要在于球與斜槽之間的摩擦力f能否忽視不計(jì).如果f可以不計(jì)，那么兩個(gè)球的加速度應(yīng)分別為gsinθ１和gsinθ２.但實(shí)驗(yàn)測(cè)出小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t后，按a＝2s／ｔ2算出的加速度卻比gsinθ要小得多。可見(jiàn),ｆ是不行以忽視的.而原實(shí)驗(yàn)原理對(duì)球在斜槽中的摩擦情況并沒(méi)有考慮,似乎任何摩擦情況對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都沒(méi)有影響，這顯然不妥。對(duì)于一般情況,不忽視摩擦力f的影響。為分析簡(jiǎn)便起見(jiàn),這時(shí)僅考慮兩種簡(jiǎn)潔的情況(也是極端情況):只滑不滾和只滾不滑。只滑不滾的情況在實(shí)驗(yàn)中不會(huì)消滅,即使消滅，滑動(dòng)摩擦顯然不能忽視。圖2按原實(shí)驗(yàn)敘述只滾不滑的情況是完全可能消滅的，在這種情況下，摩擦作用包括靜摩擦力和滾動(dòng)摩擦力偶兩部分。當(dāng)然，如果球與斜槽接觸處的形變很小，滾動(dòng)摩擦力偶的作用是可以忽視的。但靜摩擦力f卻不能忽視。靜摩擦力f一方面對(duì)球心的運(yùn)動(dòng)起減速作用；另一方面對(duì)球的轉(zhuǎn)動(dòng)起加速作用,沒(méi)有這個(gè)摩擦力小球不行能滾動(dòng).考慮靜摩擦力f圖2如圖2所示，設(shè)球半徑為r,由于只滾不滑，因而有下述關(guān)系式：F—f=ｍaｃ

?? ? ?? ?（１）rf=Iβ ? ?? ??? ?（２)ａc=rβ??? ??? ? ??(３)由于，所以有: ????? ? （4)? ? ? ?? （5)? ? ? ??(6)從（4）、（6）兩式可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)中,正由于兩球的m，r和I都相等,所以得：這就是這個(gè)片面的實(shí)驗(yàn)原理推出的正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的緣由。從思維方式的角度來(lái)看,上面的實(shí)驗(yàn)之所以會(huì)消滅物理原理的科學(xué)性錯(cuò)誤，是由于用了這樣的思維模式：顯然，這種思維模式是不完備的.可見(jiàn)，在分析實(shí)驗(yàn)原理乃至實(shí)驗(yàn)討論的整個(gè)過(guò)程中,我們必須重視規(guī)律思維。(2）不能想當(dāng)然分析和討論實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)不能只看原理和結(jié)果吻合,不能只看現(xiàn)象而想其當(dāng)然的原理，不能只看原理而想其當(dāng)然的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.例2：伽利略的慣性原理思想實(shí)驗(yàn)。讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?jié)L下來(lái)，小球?qū)L上另一個(gè)斜面。如果沒(méi)有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)的高度。伽利略推論說(shuō),如果減小其次個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上達(dá)到原來(lái)的高度就要通過(guò)更大的距離,連續(xù)減小其次個(gè)斜面的傾角,使它最終成為水平面，小球就再也達(dá)不到原來(lái)的高度,而要沿著水平面以恒定速度。下面我們用抱負(fù)的方法來(lái)討論這個(gè)抱負(fù)實(shí)驗(yàn)。伽利略這一抱負(fù)實(shí)驗(yàn)是建立在這樣一個(gè)假設(shè)條件——如果沒(méi)有摩擦。這里的摩擦是指滑動(dòng)摩擦、靜摩擦、滾動(dòng)摩擦,還是籠統(tǒng)指三者？在這個(gè)抱負(fù)實(shí)驗(yàn)中，小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是“滾”.對(duì)于只滾不滑的情況，沒(méi)有滑動(dòng)摩擦；假定小球和斜面都是抱負(fù)剛體的話，也沒(méi)有滾動(dòng)摩擦力偶，但是靜摩擦卻不能沒(méi)有！否則，小球不行能從斜面上滾下。由此，很容易產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題.（1)如果僅存在靜摩擦,那么小球能否再滾到原來(lái)的高度呢？在上滾的過(guò)程中，由于靜摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，它將阻止球轉(zhuǎn)動(dòng)，使球的轉(zhuǎn)動(dòng)越來(lái)越慢，直至停止?jié)L動(dòng)。又由于這個(gè)靜摩擦力不做功.因此，由機(jī)械能守恒定律可知,小球能滾到原來(lái)的高度.（2）如果其次個(gè)斜面變成了水平面，小球能否沿著水平面以恒定的速度（速率）持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去？這是可能的，由于這時(shí)靜摩擦不存在。對(duì)此，可做如下分析.圖a圖b如果靜摩擦力存在,那么小球在水平方向上僅受到這個(gè)摩擦力的作用，這個(gè)作用必將轉(zhuǎn)變小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果這個(gè)摩擦力與小球的運(yùn)動(dòng)方向相反，如圖ａ所示,那么這個(gè)力一方面要使小球的平均速度減慢，另一方面要使小球的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度加快,亦即使平動(dòng)速度加快。如果這個(gè)摩擦力與小球的運(yùn)動(dòng)方向相同,如圖b所示,那么，這個(gè)力一方面要使小球的平動(dòng)速度加快,另一方面要使小球的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度變慢，即使平動(dòng)速度減慢?？梢?jiàn),如果靜摩擦力存在,都會(huì)使得原來(lái)不滑動(dòng)的小球在這個(gè)靜摩擦力的作用下發(fā)生滑動(dòng),這顯然是不合理的。因此,這個(gè)靜摩擦力的方向既不行圖a圖b從上面的分析可見(jiàn),伽利略這一抱負(fù)實(shí)驗(yàn)若要確保原理正確，其假設(shè)條件不應(yīng)該是“如果沒(méi)有摩擦”,而應(yīng)該是“小球只滾不滑，且小球與斜面都為抱負(fù)剛體”。當(dāng)然，伽利略在設(shè)計(jì)這一抱負(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的上述不足,并不肯定就是伽利略的疏忽。這也許是后人在敘述這一抱負(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)外加的,也許是伽利略的知識(shí)局限性所引起的，由于在當(dāng)時(shí)關(guān)于摩擦的知識(shí)還比較缺乏.（3）不能“迷信”做實(shí)驗(yàn)討論不能“迷信”,凡事應(yīng)經(jīng)過(guò)自己分析討論后再作出結(jié)論，或決定取舍,決定承認(rèn)與否。例3：靜電實(shí)驗(yàn)中的絕緣問(wèn)題。靜電實(shí)驗(yàn)比較難做，往往難就難在絕緣問(wèn)題上.為什么靜電實(shí)驗(yàn)中絕緣問(wèn)題如此重要呢？一般都認(rèn)為,由于靜電具有電壓高、電量少的特點(diǎn),電壓高容易漏電，電量少一漏就光。所以,靜電實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要解決絕緣問(wèn)題。筆者認(rèn)為這樣的解釋不精準(zhǔn)。①靜電有電壓高、電量少的特點(diǎn)嗎?把電壓高、電量少作為靜電的特點(diǎn),是以下面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。a.說(shuō)明靜電有“電壓高”的特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。將直流電壓為220Ｖ或3８0V的火線用絕緣導(dǎo)線接到金箔驗(yàn)電器的導(dǎo)棒上去，把地線接到驗(yàn)電器的外殼上,便見(jiàn)金箔張開(kāi)，但其張角并不大。若把某一帶靜電的帶電體去接觸驗(yàn)電器導(dǎo)棒，金箔張角要大得多，有時(shí)幾乎張成直角。可見(jiàn)，金箔的電壓（亦即帶電導(dǎo)體對(duì)地而言的電勢(shì)差）高到幾百伏乃至幾千伏,這就表明一般的帶靜電導(dǎo)體的電壓是相當(dāng)高的.就上述實(shí)驗(yàn)本身(現(xiàn)象）來(lái)說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題，但由此推論靜電有電壓高的特點(diǎn)是不夠嚴(yán)密的.一般的干電池兩端有靜電荷，但由這些靜電荷產(chǎn)生的電壓（不大于電池的電動(dòng)勢(shì)）是很小的,它不足以使驗(yàn)電器張開(kāi)一個(gè)可見(jiàn)的角度。由此,是否說(shuō)明白靜電電壓低呢?用感應(yīng)帶電的方法可以使物體帶上少量的靜電荷。這些電荷可以使驗(yàn)電器僅張一個(gè)很小的角度,這是否說(shuō)明靜電電壓低呢？一般遠(yuǎn)距離輸電的電壓都在萬(wàn)伏以上，比起“幾百伏乃至幾千伏”的靜電來(lái)說(shuō),電壓要高，這是否又說(shuō)明白靜電電壓低呢?也許，有人認(rèn)為用摩擦的方法獲得的靜電有電壓高的特點(diǎn)，事實(shí)亦并非如此。兩個(gè)物體相摩擦，組成物體的材料以及它們接觸的情況和摩擦的速度不同，產(chǎn)生的電荷的多少就不同，它們能使驗(yàn)電器箔片張開(kāi)的角度的大小也是不同的。其實(shí)，靜電荷能產(chǎn)生多高的電壓,不僅取決于電量的多少,還取決于靜電荷的分布情況。對(duì)于肯定量的靜電來(lái)說(shuō)，如果分布在一個(gè)電容很小的導(dǎo)體上,那它產(chǎn)生的電壓就高;如果分布在一個(gè)電容較大的導(dǎo)體上,那它產(chǎn)生的電壓就低。對(duì)于肯定的帶電導(dǎo)體來(lái)說(shuō),如果所帶電荷多,那它的電壓就高；如果所帶電荷少,那它的電壓就低。因此,我們沒(méi)有理由說(shuō)靜電的電壓肯定高(即有“電壓高"的特點(diǎn))，更沒(méi)有理由說(shuō)靜電的電壓肯定比“動(dòng)電”的電壓高。ｂ。說(shuō)明靜電有“電量少”的特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)。使兩個(gè)用絕緣絲線吊著的輕薄的小紙片感應(yīng)帶電（使其帶上同種電荷)。然后提起絲線,兩張片相斥推開(kāi)。依據(jù)紙片所受的重力G、靜電力Ｆ和絲線的張力T三力平衡，估算出紙片上的電量為10-9的數(shù)量級(jí)，而一個(gè)手電筒小電珠上每秒鐘所流過(guò)的電量約為C/3。這個(gè)數(shù)量約為紙片帶電量的1０00萬(wàn)倍.可見(jiàn)，紙片所帶的電量格外微小.上述論證也是不嚴(yán)密的.一般來(lái)說(shuō),靜止物體和運(yùn)動(dòng)物體從數(shù)量上不是都能進(jìn)行比較的。上述論證中，將靜電荷與流過(guò)某一物體（截面）的動(dòng)電荷從數(shù)量上進(jìn)行比較必定涉及到時(shí)間的因素。在１秒鐘內(nèi)相比，靜電少得可憐。但,在億分之一秒、千億分之一秒的時(shí)間內(nèi)相比,靜電是否還比流過(guò)小電珠的電量少得可憐呢？事實(shí)上情況是不同的。綜上所述,靜電并沒(méi)有所謂“電壓高、電量少”的特點(diǎn)。②為什么通常的靜電實(shí)驗(yàn)需要較高的電壓？在很多靜電實(shí)驗(yàn)中，要求帶電體的電壓比較高。這主要是由兩個(gè)因素決定的。a．測(cè)量?jī)x器的靈敏度。一般用的靜電測(cè)量?jī)x器，如箔片驗(yàn)電器、靜電計(jì)的靈敏度都不高。一般認(rèn)為較靈敏的純金金箔(箔的厚度約為萬(wàn)分之一厘米)驗(yàn)電器，要使其張開(kāi)一個(gè)看得見(jiàn)的小角度，也需近百伏的電壓。一般的廠制指針靜電計(jì)則需好幾百伏的電壓才能張開(kāi)一個(gè)顯見(jiàn)的角度。b．顯示裝置的靈敏度和器材的性質(zhì)。如帶電體吸引中性體的實(shí)驗(yàn),若帶電體的電壓不高,就很難使這個(gè)吸引作用能清楚而明顯地顯示出來(lái).再如，介質(zhì)的極化、電壓不高、極化作用不大，也難以表現(xiàn)出來(lái),等等。③為什么靜電實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵要解決絕緣問(wèn)題？要保證靜電實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行,就需使得帶電體不容易漏電.靜電實(shí)驗(yàn)中的漏電，就是帶電體向周圍的物體轉(zhuǎn)移電荷。帶電體是否容易轉(zhuǎn)移掉電荷，主要取決于什么呢？對(duì)此,我們可以通過(guò)下例來(lái)粗略地分析。設(shè)一個(gè)電容為C、帶電量為Q0的導(dǎo)體球，由一根電阻為R的絕緣棒支撐著（假定周圍空氣的絕緣性能十分好），如圖所示。由導(dǎo)體通過(guò)絕緣支柱放電的微分方程：?????? ? ?? ?(１）可得導(dǎo)體球上的電量的變化情況由下式?jīng)Q定:?? ?? ?? ?? ?(２）導(dǎo)體球的電壓（電位）隨時(shí)間的變化情況由下式?jīng)Q定：? ?? ? ? ?（３)假如導(dǎo)體球的電容為５pF(直徑約10ｃm），開(kāi)頭時(shí)的電壓為2000V,絕緣支柱長(zhǎng)為20cm,半徑為0．５cm，材料是干燥的木棒(其電阻率ρ約為１014Ω·mm2／m）,其電阻R約為2．５×1011Ω,那么,時(shí)間常數(shù)τ＝RC＝１．25s，由(2）、（３）式可得，ｔs后導(dǎo)體球上電量和電壓的量值如下表所示（U０＝20０0Ｖ，Q０＝CU０）:t(秒)01234567８Ｑ／Q010．４4９0.2020．0９10．0４1０．01８0。0080．00４0。002Ｕ（Ｖ)２0008994０4１81８2361６73如果絕緣支柱是石蠟（電阻率約為102２Ω·ｍm2／ｍ）做的,其電阻約為2。５×10１９Ω，那么，τ=1.25×10８s，即約為４ａ,由(3)式可得，1ｈ后,導(dǎo)體球的電壓才從2000V下降到１９99。9Ｖ。顯然，這個(gè)帶電導(dǎo)體球如果用干燥木棒做絕緣支柱的話，電荷很快就漏光，根本無(wú)法用以實(shí)驗(yàn)；如果用石蠟做絕緣支柱的話，電荷不易漏掉，基本上能在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)保持電荷不變。由(2）、（３）兩式和上例實(shí)際數(shù)值的計(jì)算可見(jiàn)，帶電導(dǎo)體球是否容易漏電主要取決于RC的大小;如果導(dǎo)體球的電容和絕緣支柱的外形、大小肯定，那么帶電導(dǎo)體球是否容易漏電，主要取決于絕緣材料的電阻率ρ的大小。因此，為了使實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有明顯的漏電現(xiàn)象，以保證實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行，必須解決實(shí)驗(yàn)中的絕緣問(wèn)題,選用絕緣性能好的絕緣材料.（4）注意“偶然現(xiàn)象”要隨時(shí)籌備發(fā)現(xiàn)是嚴(yán)重的偶然現(xiàn)象，這些偶然現(xiàn)象中有的并非偶然，可能包含我們未熟識(shí)的事物和規(guī)律。能暴露我們思維的缺陷和實(shí)驗(yàn)的不足。擅長(zhǎng)抓住偶然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、深化討論是實(shí)驗(yàn)討論者應(yīng)用的素養(yǎng)。例4:物體的穩(wěn)度圖1高中教材都把物體不易傾倒的穩(wěn)定程度叫穩(wěn)度.并且通過(guò)對(duì)磚的三種放置狀態(tài)、穩(wěn)定情況的實(shí)驗(yàn)和分析，以及對(duì)比相機(jī)三角架穩(wěn)定情況的論述，說(shuō)明:穩(wěn)度的大小跟物體的重心的凹凸圖1然而，日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的很多實(shí)例說(shuō)明，穩(wěn)度的大小并非簡(jiǎn)潔地決定于重心的凹凸和支面的大小。例如，如圖1所示的兩個(gè)大小和重量相同但外形不同的物體(可以是堆砌的磚塊等），雖然重心凹凸和支面大小相同，但是圖2很顯然甲物體比乙物體穩(wěn)。再如，如果將圖3—16甲中照相機(jī)三角架的ｂ桿拉長(zhǎng)，Ｃ桿向后移（a，b桿的撐地點(diǎn)不變),如圖２圖2說(shuō)穩(wěn)度與重心凹凸和支面大小有關(guān)，這僅是一種閱歷.3.３基本設(shè)計(jì)思想的形成做實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)方案的討論,要擅長(zhǎng)分析、歸納實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想,找出實(shí)驗(yàn)中要解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)及其解決方法.不僅如此，還應(yīng)分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想以及分析實(shí)驗(yàn)中某一過(guò)程或某一方面的設(shè)計(jì)思想.設(shè)計(jì)思想是為了解決問(wèn)題而思維的結(jié)果.因此，分析設(shè)計(jì)思想首先要分析、推斷設(shè)計(jì)思想所要解決的問(wèn)題和所能解決的問(wèn)題,只有這樣才能為我們?cè)u(píng)價(jià)設(shè)計(jì)思想的優(yōu)缺點(diǎn),進(jìn)而評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案的優(yōu)缺點(diǎn)供應(yīng)實(shí)際意義的依據(jù).例1：閉合電路歐姆定律實(shí)驗(yàn)演示。閉合電路歐姆定律演示實(shí)驗(yàn)，一般用拆開(kāi)原電池法，如圖所示（這是其中之一種）。為什么要拆開(kāi)原電池？拆開(kāi)原電池要解決什么問(wèn)題？它能起到多大的作用?對(duì)此，在接受這個(gè)實(shí)驗(yàn)前，我們需要進(jìn)行分析思考.孔子說(shuō)：“視其所以，觀其所由，察其所安,人焉瘦哉!"要了解一個(gè)人應(yīng)該這樣，要了解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想,也應(yīng)該首先從外表上觀察它怎么做、起什么作用，然后分析它為什么要這樣做,最后檢查它這樣做的效果如何，內(nèi)容、效果與原理是否全都。我們知道,閉合電路歐姆定律演示實(shí)驗(yàn)需要使同學(xué)都能清楚地看到：當(dāng)外電路電阻變化時(shí)，①內(nèi)、外電壓之和為一常數(shù);②內(nèi)、外電壓有明顯的變化(變化幅度盡可能大）。要滿意上述兩點(diǎn)實(shí)驗(yàn)要求，必須使得：①電源的電動(dòng)勢(shì)較穩(wěn)定；②電池的極化現(xiàn)象要小——電流不能太大，所以內(nèi)阻不能太??；③測(cè)內(nèi)電壓用的探針的極化電動(dòng)勢(shì)要小-—選合適的材料做探針；④需加大電池內(nèi)電阻,內(nèi)電阻與外電阻的大小關(guān)系恰當(dāng)；⑤演示電表的量程及內(nèi)阻恰當(dāng)。①、②、③為滿意第1個(gè)實(shí)驗(yàn)要求，④、⑤為滿意第２個(gè)實(shí)驗(yàn)要求。這里,增大電源（電池）內(nèi)電阻是實(shí)驗(yàn)方案要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。增大電源內(nèi)電阻的常用方法有兩種:①在兩個(gè)內(nèi)阻很小的電源中串一個(gè)電阻，作為模擬電源內(nèi)電阻；②拆開(kāi)原電池，掌握電池內(nèi)離子通道,如減小其截面積、增大其長(zhǎng)度,以此來(lái)增大內(nèi)電阻。圖示的拆開(kāi)原電池，在兩個(gè)半電池之間用鹽橋連接以增大內(nèi)電阻就是采納這種方法。例2:幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)演示。在幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們可以用光盤來(lái)實(shí)驗(yàn),也可以用煙箱來(lái)實(shí)驗(yàn),還可以用混入少量的懸濁質(zhì)的水箱來(lái)實(shí)驗(yàn)。這是由于幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置所要解決的一個(gè)主要問(wèn)題是光路的顯示問(wèn)題.而解決這個(gè)問(wèn)題的基本方法是利用白屏對(duì)光的漫反射,或利用水中的懸濁質(zhì)和空氣中的煙塵等微粒對(duì)光的散射來(lái)顯示光路。熟識(shí)到這一點(diǎn),就有利于抓住實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵和自制實(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)計(jì)思想的分析，應(yīng)從如下三個(gè)方面考慮：(１)物理原理（2)教學(xué)要求或有用要求（3）儀器制作或裝置搭配中的一些工藝和選擇的問(wèn)題上述三點(diǎn)中（3）是最容易被忽視的,（1)是最重要的。3.4實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒅饕紤]兩個(gè)方面:知識(shí)結(jié)構(gòu);實(shí)驗(yàn)和教學(xué)要求。1．依據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ臀锢韺?shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，是建立物理知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。不同的物理內(nèi)容和知識(shí)結(jié)構(gòu)，必有其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)驗(yàn)方法.因此，從物理內(nèi)容和知識(shí)結(jié)構(gòu)動(dòng)身,有利于抓住實(shí)驗(yàn)問(wèn)題中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，為確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維方向供應(yīng)依據(jù).以運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)為例闡述。力學(xué)實(shí)驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題是對(duì)位移、時(shí)間、質(zhì)量和力的測(cè)量和顯示，只要能測(cè)量出上述各力學(xué)量，就能據(jù)此探究或驗(yàn)證力學(xué)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn):主要解決對(duì)位移和時(shí)間的測(cè)量和顯示.動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn):主要解決對(duì)位移、時(shí)間、質(zhì)量和力的測(cè)量和顯示。一般而言,質(zhì)量和力的測(cè)量比較容易，而對(duì)位移、時(shí)間的測(cè)量和顯示是力學(xué)實(shí)驗(yàn)中要解決的主要問(wèn)題.教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,測(cè)量和顯示位移、時(shí)間的基本方式一般有三類:（1)定位測(cè)量現(xiàn)將物體某一段運(yùn)動(dòng)路程中的始點(diǎn)和終點(diǎn)確定，在測(cè)定物體經(jīng)過(guò)這段路程所用的時(shí)間。常用測(cè)量?jī)x器如下:Ａ.機(jī)械秒表、電子秒表、手控或電控（同步）開(kāi)關(guān)等；B.數(shù)字計(jì)時(shí)器;C．聲光比較。(2）定時(shí)測(cè)位讓物體在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，測(cè)出在這段時(shí)間內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)位移。常用測(cè)量?jī)x器如下：A.節(jié)拍器、滴水的等時(shí)聲響測(cè)位；B。依據(jù)擺的等時(shí)性測(cè)位;C.等時(shí)間隔描跡定位;D.等時(shí)測(cè)位比較.(3）定位、定時(shí)A。用于勻變速運(yùn)動(dòng)；B。用于勻速運(yùn)動(dòng)。2．依據(jù)實(shí)驗(yàn)和教學(xué)要求建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想中必定包含對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求和教學(xué)的要求，格外是對(duì)于教學(xué)中使用的演示實(shí)驗(yàn)更是如此.圖1圖1圖1從實(shí)驗(yàn)要求和教學(xué)要求來(lái)看，實(shí)驗(yàn)方案模型中應(yīng)包含兩個(gè)內(nèi)容:①磁場(chǎng);②可以通電的,且可以運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。實(shí)驗(yàn)主要要觀察的是導(dǎo)體的“動(dòng)”。如何使導(dǎo)體“易動(dòng)"且“動(dòng)得明顯”，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中首先要考慮的問(wèn)題.一般課本都采納如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置,這個(gè)裝置采納圖1除了“滾動(dòng)"的方法外，還有哪些“易動(dòng)”且“動(dòng)得明顯"的方法呢？對(duì)此，至少還有下列幾種。圖4圖2圖5圖3(１）圖4圖2圖5圖3（２)轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)裝置大致如圖3所示。(３)豎直平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。裝置大致如圖4、圖5所示。3。抽象出實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒃O(shè)計(jì)其它實(shí)驗(yàn)方案若一個(gè)實(shí)驗(yàn)有多種實(shí)驗(yàn)方案，則這些方案必有某種聯(lián)系或共同特征。如果能夠依據(jù)某一實(shí)驗(yàn)方案,分析出它們的共同特征,就可抽象出某一實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，就可以設(shè)計(jì)出其它實(shí)驗(yàn)方案。例２:牛頓第三定律。圖2圖1有一個(gè)驗(yàn)證牛頓第三定律的實(shí)驗(yàn)方案是這樣的.在一個(gè)圓盤測(cè)力計(jì)A上掛一塊磁鐵,在另一個(gè)相同的圓盤測(cè)力計(jì)Ｂ上放一塊鐵（使其與磁鐵等重），兩測(cè)力計(jì)的示數(shù)相同，如圖1。然后，將測(cè)力計(jì)Ａ移到測(cè)力計(jì)Ｂ的上方.這時(shí)，鐵塊與磁塊要相互作用，作用的結(jié)果使得兩測(cè)力計(jì)的示數(shù)發(fā)生了變化——A的示數(shù)增大、B的示數(shù)減小,如圖2。這說(shuō)明鐵塊對(duì)磁鐵的作用力的方向向下，磁鐵對(duì)鐵塊的作用力的方向向上。A增加的示數(shù)等于圖2圖1這個(gè)實(shí)驗(yàn)用了這樣一個(gè)模型：籌備兩個(gè)包含測(cè)力裝置（如測(cè)力計(jì)）的系統(tǒng)(如圖1中的a和ｂ，讓這兩個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)中的一部分(如磁鐵和鐵塊）相互作用,作用的結(jié)果由各自的測(cè)力裝置反應(yīng)出來(lái)，分析測(cè)力裝置示數(shù)的變化從而驗(yàn)證牛頓第三定律.依據(jù)這個(gè)模型，可以設(shè)計(jì)幾十個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。下面舉3個(gè)例子。圖4圖3(1)上面這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明白磁引力滿意牛頓第三定律.如果將圖1中的馬蹄形磁鐵和鐵塊都換成圓形磁鐵,并且使其極性相對(duì)，即可演示說(shuō)明磁斥力也圖4圖3（2）如圖3所示，將重物P擱在托盤測(cè)力計(jì)的托盤上.可見(jiàn)，彈簧秤削減的讀數(shù)與托盤測(cè)力計(jì)增加的讀數(shù)相同。由此說(shuō)明重物P與托盤之間的相互作用力（彈力)滿意牛頓第三定律.(3）如圖４所示,將廢電池P浸在杯里的水中?？梢?jiàn)彈簧秤減小的讀數(shù)與托盤測(cè)力計(jì)增加的讀數(shù)相等.由此說(shuō)明電池對(duì)水的壓力與水對(duì)電池的浮力(兩者都是彈力）滿意牛頓第三定律.4．利用相同的實(shí)驗(yàn)方法解決不同實(shí)驗(yàn)中相同的問(wèn)題很多實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康碾m然各不相同,但實(shí)驗(yàn)中需要解決的問(wèn)題是相同的或相像的。在分析某實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方法后，不僅需要考慮此方法（或模型)的優(yōu)缺點(diǎn)，由此設(shè)計(jì)出其它的方法或不同的方案,還要考慮此方法（或模型)能否用于其它實(shí)驗(yàn)之中.例３：微小形變的顯示.一切物體在受到壓力或拉力時(shí)都要發(fā)生形變，鋼絲也不例外,只不過(guò)它不像橡皮筋的形變那樣顯而易見(jiàn)。圖2圖1在一般情況下，鋼絲受到外拉力后的相應(yīng)伸長(zhǎng)是微小的.如何讓這個(gè)微小的伸長(zhǎng)顯示到足以使同學(xué)能明視的程度,是鋼絲受力伸長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的裝置中必必要解決的問(wèn)題。解決的方法顯然只能設(shè)法放大，由于取一段很長(zhǎng)的鋼絲的方法是不行取的。放大的方法有多種，如用力學(xué)的方法、電學(xué)的方法、電子學(xué)的方法、光學(xué)的方法等等。這些方法在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中都可以用，但是最便利的方法還是利用杠桿原理進(jìn)行杠桿放大的方法。依據(jù)這一思想可以設(shè)計(jì)如圖圖2圖1學(xué)校的熱膨脹實(shí)驗(yàn)也是一個(gè)需要解決微小的長(zhǎng)度變化放大問(wèn)題的實(shí)驗(yàn),它也可采納與圖１所示的裝置原理和結(jié)構(gòu)類似的裝置，如圖2所示.圖3在圖1、圖2所示的杠桿放大裝置中,裝置的放大倍數(shù)是不大的。上述的放大形式稱為一級(jí)放大。若需放大倍數(shù)大些，可采納二級(jí)放大的形式（如圖3圖3若需要說(shuō)明銅和鐵的熱膨脹系數(shù)不同，可把兩個(gè)如圖３所示的裝置并在一起（成為一個(gè)儀器）,然后讓長(zhǎng)度相同的銅棒和鐵棒在相同的情況下加熱，由各自指針偏角不同來(lái)說(shuō)明之.3．５實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與比較對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn),要盡可能地收集和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和方案,以便于比較。1。實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)方案的比較一個(gè)實(shí)驗(yàn),可有多種不同的實(shí)驗(yàn)方法，它們依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理，可用于不同的教學(xué)階段，服務(wù)于不同的教學(xué)目的.同樣,一種實(shí)驗(yàn)方法,也可以有不同的實(shí)驗(yàn)方案。例1：加大內(nèi)阻的方法。閉合電路歐姆定律實(shí)驗(yàn)裝置中加大內(nèi)電阻的方法，一般有兩種。其中一種是用減小原電池內(nèi)部離子通道截面積和增加長(zhǎng)度的方法來(lái)增加內(nèi)電阻。這種方法常用的方案有以下幾種。（1）用鹽橋拆開(kāi)原電池，如圖1所示；(2）用隔板拆開(kāi)原電池，如圖2所示；（３)用可變內(nèi)阻的蓄電池，如圖３所示;圖1圖2圖3圖1圖2圖3圖4２．實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)方案的選擇由于教學(xué)時(shí)間所限,對(duì)同一實(shí)驗(yàn)的不同實(shí)驗(yàn)方案要進(jìn)行選擇,而選擇的依據(jù)是聽(tīng)從教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)要求，同時(shí)還應(yīng)考慮演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)的要求.一般而言應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：(1）儀器裝置簡(jiǎn)潔明白，易于搭配或制作。（２)現(xiàn)象清楚、效果明顯、易于操作、平安牢靠、重復(fù)性好。(３）緊密協(xié)作課堂教學(xué)。（4）同學(xué)易接受。例2:通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的。圖4圖3圖2圖5圖1比較圖1到圖４所示的裝置，從結(jié)構(gòu)來(lái)看,圖1、圖２的裝置簡(jiǎn)潔明白、易于搭配；從效果來(lái)看,也是圖1、圖2的裝置現(xiàn)象清楚較直觀；從便于課堂教學(xué)講解來(lái)看，對(duì)于學(xué)校同學(xué),似乎圖１的裝置更直接,更便利一些。在圖1圖4圖3圖2圖5圖1例３：吸氣球?qū)嶒?yàn)。先在一個(gè)空瓶(如鹽水瓶、三角燒杯等)里倒入1/4容積的熱水，晃動(dòng)一下瓶子,將水倒出，隨后飛快將一只氣球套在瓶口上，讓瓶?jī)?nèi)的空氣與瓶外空氣隔開(kāi)，然后把瓶子放在盆里用冷水澆瓶的四周(或?qū)⑵孔硬逶诶渌校蛊績(jī)?nèi)的空氣較快冷卻,可見(jiàn)，氣球被吸入瓶?jī)?nèi),且漸漸變大，如圖所示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)常被用來(lái)說(shuō)明大氣壓的存在.當(dāng)然，氣球的吸入與大氣壓不無(wú)關(guān)系，但如何向?qū)W校同學(xué)講清這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理，而又能為同學(xué)所理解和接受呢？這是很困難的.由于學(xué)校同學(xué)并沒(méi)有這樣的知識(shí)：肯定質(zhì)量的氣體，當(dāng)其溫度降低時(shí)，其壓強(qiáng)要減小。所以,這個(gè)實(shí)驗(yàn)在學(xué)校講授大氣壓強(qiáng)時(shí)演示不太合適，而應(yīng)當(dāng)在高中講氣體性質(zhì)時(shí)演示.3。６實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)器材的選擇實(shí)驗(yàn)儀器和材料是不行缺少的，若不搞清楚實(shí)驗(yàn)裝置的原理，不了解儀器的原理、結(jié)構(gòu)、性能,不了解材料的特性，就不能合理地選擇器材，不能很好地使用那個(gè)儀器,充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)器材的作用,也不能有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和器材的討論，對(duì)于儀器的自制、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、裝置的確定和搭配等都有好處。1.分析裝置的原理和特點(diǎn)要做到合理地選擇實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材，首先應(yīng)分析裝置的原理和特點(diǎn).不了解裝置原理就不能合理地選擇器材，不能抓住實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn),并正確地進(jìn)行操作。憂郁裝置原理大多是由設(shè)計(jì)思想決定的,因此，分析裝置原理，進(jìn)一步了解設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方法，有利于了解裝置的特點(diǎn)，有利于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，以及激發(fā)設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)裝置的靈感。例１：感生電動(dòng)勢(shì)的演示。高中物理課本在引入感生電動(dòng)勢(shì)概念后便指出，“在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，不管電路是否閉合,只要穿過(guò)這個(gè)電路所圍面積的磁通量發(fā)生變化，電路中就有感生電動(dòng)勢(shì).如果電路是閉合的,電路里就有感生電流，如果電路是斷開(kāi)的，電路中就沒(méi)有感生電流,但感生電動(dòng)勢(shì)仍然存在?！睘榱藥椭型瑢W(xué)理解這段話，我們應(yīng)該制造條件讓同學(xué)觀察到當(dāng)電路不閉合時(shí),感生電動(dòng)勢(shì)仍然存在的現(xiàn)象.為此，可采納如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。圖中，C為線圈,S為碰撞開(kāi)關(guān),Ａ，B為靠得很近但不接觸的絕緣金屬平板。裝置左邊的虛線框中的部分相當(dāng)于一個(gè)電池，右邊的虛線框中的部分就是圖示裝置的“遷移”--用以顯示感生電動(dòng)勢(shì)存在的顯示裝置.圖1當(dāng)條形磁鐵從線圈中飛快抽出時(shí)，線圈中的磁通量飛快變小，線圈導(dǎo)線中的自由電子在渦旋電場(chǎng)的作用下，向某一平板堆聚，從而使兩平板帶上大量異號(hào)電荷。當(dāng)條形磁鐵沖擊碰撞開(kāi)關(guān),切斷了A板與線圈的通路，Ａ板上的大量電荷就被保留下來(lái)了。這時(shí)，A板上的對(duì)地電壓是不大的（充其量等于磁鐵抽出產(chǎn)生的最大感生電動(dòng)勢(shì)）,它不肯定能使驗(yàn)電器張開(kāi)一個(gè)可見(jiàn)的角度。然后，移開(kāi)B板，使平行板電容器的電容大大減小，這時(shí),Ａ圖1由驗(yàn)電器箔片的張開(kāi)，說(shuō)明白平行板兩極板上帶上了電荷,說(shuō)明白在磁鐵抽出線圈——線圈內(nèi)磁通量變化時(shí),兩極板間——線圈的兩端存在著電壓，即線圈內(nèi)存在著電動(dòng)勢(shì)-—由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì).例2:光電效應(yīng)的演示.高中物理課本在講到光電效應(yīng)時(shí)，都首先介紹了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):把一塊擦得很亮的鋅板連接在靈敏驗(yàn)電器上，用弧光燈照鋅板（圖1），驗(yàn)電器的指針就會(huì)張開(kāi)一個(gè)角度，表示帶了電，進(jìn)一步檢查知道鋅板帶的是正電，這是由于它的電子在紫外線的照耀下從表面飛出，鋅板中缺少了電子，于是帶正電。這個(gè)實(shí)驗(yàn)按課本所述的方法，一般不太容易成功。其緣由是：開(kāi)頭時(shí),鋅板上的電子在紫外線的照耀下從表面飛出去，鋅板就帶上了正電，在周圍的空間里就形成了一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)對(duì)電子的飛出有一個(gè)阻礙作用(即鋅板上的正電荷對(duì)飛出電子的吸引作用)；隨著飛出的電子增多，鋅板上所帶正電荷增多、電位上升、周圍的電場(chǎng)增強(qiáng)、對(duì)電子飛出的阻礙作用增大,直到電子飛出時(shí)的最大初動(dòng)能與電子在電場(chǎng)中的電勢(shì)能相等時(shí)，電子就無(wú)法飛離鋅板，鋅板上的電荷就不會(huì)再增強(qiáng),電位也就不再上升,于是就達(dá)到了平衡狀態(tài)。這時(shí)，鋅板的電位可以高到多少伏呢?對(duì)此，我們可以這樣來(lái)推算，依據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及達(dá)到平衡的最大初動(dòng)能等于其靜電勢(shì)能可知，鋅板可達(dá)到的電位為:式中：h＝6。63×１0—34Ｊ·ｓ,v0=８．０6５×１０14Ｈz,e＝1.60×１０-19C．一般弧光燈發(fā)出的紫外線頻率r的數(shù)量級(jí)可達(dá)101５Hz,所以,Ｕ的數(shù)量級(jí)僅為１00V,即至多達(dá)到幾V（最多不超過(guò)幾十V），而一般指針驗(yàn)電器對(duì)幾伏的電位差是檢驗(yàn)不出來(lái)的，這就是課本所述的方法一般不易成功的道理。圖2有些書在介紹這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí),通?？偸钦f(shuō)先給鋅板帶負(fù)電,使驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，然后,用弧光燈照耀鋅板，可看到驗(yàn)電器指針飛快合攏。由此再說(shuō)明鋅板上的電子在紫外線的照耀下飛了出來(lái).由前面的分析可見(jiàn)，這個(gè)方法之所以易于成功，是由于開(kāi)頭時(shí)鋅板的電位為負(fù)，它對(duì)光電子不是起阻礙作用,而是起加速作用;隨光電子的飛出，鋅板的電位上升,最后當(dāng)鋅板的電位達(dá)到正的幾伏時(shí)，光電子不再飛離鋅板面，從而達(dá)到平衡狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中，鋅板上電位的變化幅度較大，驗(yàn)電器指針的搖擺就能清楚地顯示出來(lái)了。圖2但是，這種方法常會(huì)使同學(xué)誤解，認(rèn)為只有帶負(fù)電的金屬板在光的照耀下電子才能從金屬表面飛出而產(chǎn)生光電效應(yīng)。為了避開(kāi)這些問(wèn)題，又能把課本所述的實(shí)驗(yàn)做成功,我們可利用平行板電容器在所帶電量(基本）不變的情況下,兩極板間的電位差隨電容器電容的減小而增大的緣由，對(duì)課本所述的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn).改進(jìn)后的裝置如圖2所示.P１（鋅板)和P2（金屬板）組成平行板電容器；兩極板相對(duì)面上分別貼上相同材料的塑料薄膜,兩板緊靠,將金箔驗(yàn)電器的導(dǎo)棒和外殼分別與P１板和P2板連接。演示時(shí)，先用砂紙把Ｐ１板向外的一面打光，然后，用弧光燈或紫外燈照耀鋅板P1，鋅板就有光電子飛出，隨之，鋅板的電位升到幾伏(達(dá)到平衡狀態(tài)），這時(shí)，驗(yàn)電器箔片并不張開(kāi)。但是由于Ｐ1、Ｐ2組成的電容器的電容很大，所以P1板上積聚的電荷較多.熄掉弧光燈箔片仍不張開(kāi)(P1和P2間的電位差仍只有幾伏)移走P2板，即減小電容器的電容,這時(shí)由于Ｐ1板上的電量基本不變,所以P１板的電位飛快上升，從而使得驗(yàn)電器導(dǎo)棒的電位（即導(dǎo)棒與外殼的電位差)飛快上升,驗(yàn)電器箔片就張開(kāi)了一個(gè)明顯的角度。驗(yàn)電器箔片的張開(kāi)說(shuō)明白兩極板之間有電位差，即P１板上帶有電荷,通過(guò)檢驗(yàn)可知，它帶的是正電。由此可說(shuō)明鋅板在弧光燈紫外線照耀下發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象。如果再把它與白熾燈代替弧光燈照耀鋅板面不發(fā)生上述現(xiàn)象加以比較,則能說(shuō)明光電效應(yīng)的發(fā)生與入射光頻率有關(guān)的事實(shí)。2．分析和掌握儀器的結(jié)構(gòu)、原理和性能在此，必須作如下幾個(gè)方面的工作：（1)分析儀器的結(jié)構(gòu)和掌握儀器的工作原理分析儀器的結(jié)構(gòu)主要是：A．儀器的外形大致分幾個(gè)部分；B.各部分的器件及其所用材料和大致作用;C．各部分的作用和相互聯(lián)系;D．實(shí)驗(yàn)者操作的部件；E.儀器的主要工作部件，活動(dòng)部件和易損部件。分析儀器的原理主要是:儀器工作原理與儀器的設(shè)計(jì)思想之間有區(qū)分和聯(lián)系.設(shè)計(jì)思想常帶有“抱負(fù)化”顏色.按設(shè)計(jì)方案制作的儀器會(huì)因選材、搭配、加工、組裝以及實(shí)際使用等因素的影響，使其工作情況和原理偏離設(shè)計(jì)方案。因此，應(yīng)針對(duì)簡(jiǎn)略的儀器分析其工作原理和工作情況。此外,儀器說(shuō)明書中有很多是“抱負(fù)化”設(shè)計(jì)思想的原理，不肯定是儀器的工作原理。（2）了解儀器的制作過(guò)程這有利于弄清楚儀器結(jié)構(gòu)、原理,對(duì)于正確操作、正確使用儀器、修理儀器以及仿制、改進(jìn)、自制儀器都很有幫助。(3)了解儀器的技術(shù)參數(shù)和一般用途A。了解儀器的技術(shù)參數(shù)儀器的技術(shù)參數(shù)決定了儀器的使用范圍以及使用中的很多問(wèn)題（如：儀器選擇、誤差來(lái)源及大小等等）。因此,使用儀器前應(yīng)仔細(xì)了解儀器的技術(shù)參數(shù)(例如：電表、天平）。例如：用一只2。5級(jí)、測(cè)量范圍為0~3V的電壓表來(lái)測(cè)量電壓,我們可以說(shuō)用這個(gè)表測(cè)出的3V以下的電壓值，可能消滅的最大相對(duì)誤差在２。5％以上。如果一次測(cè)量值是２Ｖ，那么,其電壓的真實(shí)值可能在2±3×2．５%V范圍內(nèi)。例如:天平有一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)為“不等臂性”。不等臂性是指因天平橫梁兩臂不等所引起的稱量誤差最大值(常以“毫克"為單位)。這個(gè)參數(shù)常會(huì)因天平的使用次數(shù)以及使用情況、使用時(shí)間的長(zhǎng)短和保養(yǎng)等因素的影響而有所變化。因此,單看出廠時(shí)的技術(shù)參數(shù)也未必正確（除非在每次使用前再重新測(cè)量一下，但又不經(jīng)濟(jì)）.對(duì)此,人們?yōu)橄@一誤差而設(shè)計(jì)了下述方法：復(fù)稱法:左盤載物，右盤加碼，稱量值為M１,然后對(duì)調(diào),使右盤載物、左盤加碼，稱量值為Ｍ2，于是,更為精確的測(cè)量值.替代法:左盤載物，右盤加干砂，使天平平衡，拿起左盤被稱物，代之以砝碼，再使天平平衡（右盤的砂子不能動(dòng)),砝碼所示值即被稱物質(zhì)量。減碼法：右盤放肯定值的砝碼(砝碼質(zhì)量應(yīng)大于被稱物),左盤放入小砝碼,使天平平穩(wěn)。將被稱物放在左盤中，削減左盤中的小砝碼，使天平恢復(fù)平衡，削減的砝碼總量即被稱物質(zhì)量。B．了解儀器的一般用途有利于更有效地發(fā)揮儀器的作用.由于這些儀器在制作時(shí)可能是為某一用途設(shè)計(jì)的，但是，在使用過(guò)程中去發(fā)現(xiàn)還可作它用.例如:驗(yàn)電器的用途。隨著人們對(duì)靜電現(xiàn)象的討論以及對(duì)驗(yàn)電器的大量使用和討論,驗(yàn)電器的用途已遠(yuǎn)不止上述的一種.就現(xiàn)在來(lái)看，我認(rèn)為驗(yàn)電器的用途大致有以下六個(gè)方面。(１）檢驗(yàn)物體是否帶電。將待檢驗(yàn)物體靠近或接觸驗(yàn)電器的金屬球,依據(jù)金箔是否張開(kāi)可推斷該物體是否帶電。（2）辨別電荷的種類。先使金箔帶上某種已知電荷(例如正電)，箔片張角宜在40°～６0°左右。再將待測(cè)帶電體漸漸移近驗(yàn)電器的金屬球，依據(jù)金箔張角的增減推斷帶電體電荷的正負(fù)。（3)檢驗(yàn)物體的絕緣性。先使驗(yàn)電器帶電，金箔張開(kāi)。然后用待測(cè)物體去接觸驗(yàn)電器的金屬球，若金箔張角不變,表示該物體絕緣性很好;若金箔立即下落,表示該物體的絕緣性很差;若金箔緩慢落下,表示該種物體的絕緣性不佳.(4）估測(cè)導(dǎo)體的電勢(shì)。這主要指三個(gè)方面內(nèi)容:①對(duì)于有金箔或指針張角對(duì)應(yīng)電壓刻度的驗(yàn)電器（或靜電計(jì)），可用其估測(cè)高壓電源的開(kāi)路電壓；②比較電容相同的帶電導(dǎo)體的電勢(shì)的大?。虎酃懒繋щ妼?dǎo)體的對(duì)地電勢(shì)差，估量精度由帶電導(dǎo)體和驗(yàn)電器的幾何外形及接觸情況所決定.（5）估測(cè)導(dǎo)體的帶電量。這也主要指三個(gè)方面的內(nèi)容:①估量帶電導(dǎo)體的電量，估量精度由帶電導(dǎo)體和驗(yàn)電器的幾何外形及接觸情況而定；②比較電容相同的帶電導(dǎo)體帶電量的多少;③將驗(yàn)電器導(dǎo)棒與法拉第冰筒連接后，可測(cè)量肯定外形的帶電導(dǎo)體的帶電量的多少。(6）比較導(dǎo)體電容的大小。方法是:讓兩導(dǎo)體帶等量的電荷或讓兩導(dǎo)體電勢(shì)相同，然后，讓它們分別與不帶電的驗(yàn)電器接觸,依據(jù)兩次金箔張角大小的不同，可推斷兩導(dǎo)體電容的大小。(4)了解儀器的調(diào)整方法與分析其作用和原理儀器在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)處于最佳工作狀態(tài),這需要檢驗(yàn)和調(diào)整。而檢驗(yàn)和調(diào)整儀器不僅需要了解其工作方式,還要分析其作用和原理。(5)分析儀器的結(jié)構(gòu)原理與改進(jìn)和自制儀器儀器經(jīng)過(guò)使用，改進(jìn)逐步完善。改進(jìn)和自制儀器是以分析了解儀器結(jié)構(gòu)和工作原理為基礎(chǔ)的，要注意如下幾點(diǎn)：Ａ．改進(jìn)方案要有理有據(jù)對(duì)儀器的改進(jìn)部分，要有改進(jìn)的理由，要做改進(jìn)前后的比較。例1：氣體受熱膨脹學(xué)校物理課本介紹用如圖1所示的儀器來(lái)演示氣體受熱膨脹的現(xiàn)象。裝置由燒瓶，直角玻璃管，橡皮塞，小水柱組成。用手握著燒瓶，使燒瓶里的空氣受熱，溫度上升，空氣的體積要膨脹，可見(jiàn)玻璃管中的小水柱向右移動(dòng).這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，空氣受熱后體積是否膨脹，是通過(guò)在直角玻璃管中的水柱的移動(dòng)來(lái)顯示的。顯示部件用直角玻璃管的優(yōu)點(diǎn)主要是使顯示部分較靈敏.由于在水平玻璃管中，水柱容易流淌(玻璃管內(nèi)壁給水柱的阻力可忽視不計(jì)），水柱兩端只要有一個(gè)較小的壓力差,就能使水柱移動(dòng).但是，這一顯示部件也有缺點(diǎn)。①實(shí)驗(yàn)前需保持水平玻璃管處于水平狀態(tài)，否則，水柱會(huì)“自動(dòng)”移動(dòng),甚至?xí)鞒龉芡饣蛄魅肫績(jī)?nèi)，因此,實(shí)驗(yàn)前的調(diào)整較困難。②實(shí)驗(yàn)中又不能破壞這種平衡,否則,難以向同學(xué)