測量型實驗設計(教案).doc

測量型實驗設計（教案）上課時間：2006年3月3日執(zhí)教班級：高三（2）班執(zhí)教教師：上海市第二中學 沈蘭課前設想實驗設計是高中物理學習中對學生知識和能力要求較高的一部分內(nèi)容，較多的學生在拿到實驗設計題時有“無從下筆”的感覺，因此很多同學對實驗設計有“畏懼心理”。所以貫穿于整節(jié)課的設計思想是：讓學生體會到：實驗設計是“有章可循”的，并且這個“章法”就來源于我們的學生實驗。因此，在兩種測量型實驗設計方法的介紹中，與相應的學生實驗作比較，讓學生看清方法的源頭；在用轉換法設計實驗的過程中，也想體現(xiàn)“順藤摸瓜”的思想：根據(jù)與所測量相關的公式、規(guī)律，選擇實驗原理表達式；根據(jù)原理表達式，確定需測量的量、器材；根據(jù)需要測量的量，安排實驗步驟；最后用測量的量寫出表達式。一、教學目標1、知識和技能目標1）理解和掌握測量型實驗設計的兩種方法：等效替代法和轉換法。2）能應用等效替代法和轉換法設計簡單實驗。2、過程和方法目標1）通過將實驗設計方法與學生實驗中方法的對照和比較，讓學生體會：設計實驗的方法其實是來源于學生實驗中已經(jīng)學過的方法。2）通過將理論設計立刻應用于實際操作的過程，讓學生體會到：理論設計時要考慮到實際操作的可行性、簡便性。3、情感、態(tài)度和價值觀目標通過貫穿于整節(jié)課的“實驗設計也有章可循”的設計思想，使學生樹立對實驗設計的信心，激發(fā)學生積極思維。二、教學重點讓學生學會應用等效替代法和轉換法進行實驗設計。三、教具準備1、 第一個設計實驗所需器材：籃球、臺秤、白紙、藍印紙。最后一個設計實驗所需器材：帶鉤的木塊、木板、彈簧秤、支架。2、 計算機、實物投影儀。四、教學流程一、通過測籃球拍擊地面時對地面的最大壓力實驗引入第一個實驗設計方法：等效替代法二 、引導學生分析等效替代法的方法來源、方法應用的關鍵，啟發(fā)學生應用等效替代法設計實驗三、通過測小球帶電量的實驗引入第二個實驗設計方法：轉換法四、引導學生分析轉換法的方法來源、方法應用的關鍵，啟發(fā)學生應用轉換法設計實驗五、引導學生應用所學方法設計實驗、優(yōu)化設計方案六、結尾：總結測量型實驗設計的方法、思路教 學 過 程一、 引入第一個實驗設計方法：等效替代法 請同學看第一個設計實驗。設計題1：實驗室有一臺測體重的臺秤、一只籃球、白紙、藍印紙，請設計一個實驗方法，測出籃球拍擊地面時對地面的最大壓力。預計同學可能提出實驗方法：用籃球直接砸在臺秤上，讀出最大讀數(shù)。教師：這樣的方法是否可行呢？請同學上來操作：用籃球直接砸在臺秤上，提示其他同學仔細觀察實物投影儀上臺秤的讀數(shù)。教師：大家能夠讀出籃球對接觸面的最大壓力嗎？預計同學會觀察到現(xiàn)象：指針偏轉太快，來不及準確讀數(shù)！教師：那么怎么辦？如果沒有同學想到辦法，則教師啟發(fā)：如果能把剛才砸籃球的動作放慢，甚至定格在最大壓力的時刻，就好了。那么，請大家再低頭看一下所給器材，白紙和藍印紙為什么要給出呢？可以怎樣利用呢？同學思考、討論。預計有同學提出設想：將白紙、藍印紙放在地上，將籃球砸在紙上，這時藍印紙會在白紙上留下一個藍顏色圓形印跡，然后將白紙鋪在臺秤上，把籃球緩慢壓到臺秤上，當籃球剛好蓋過白紙上的圓形印跡時，此時的讀數(shù)就是籃球撞擊地面時的最大壓力。教師：提問：為什么籃球剛好蓋過白紙上的圓形印跡時，此時的讀數(shù)就是籃球撞擊地面時的最大壓力？預計有同學回答：因為這兩者形變量相等！請同學上來操作。教師由此引出實驗設計方法：等效替代法。教師提問：這樣一種實驗方法來源于我們的那一個學生實驗？同學：共點力的合成與分解?；脽羝@示：測量型實驗設計一、等效替代法（方法來源：共點力合成實驗） 將直接測量不了的量，通過變通替代的辦法間接測量另一效果完全相同量的方法。二、啟發(fā)學生應用等效替代法設計實驗設計題2：實驗室里有滑動變阻器、電阻箱、低壓直流電源、開關、導線、待測電阻Rx，另有有刻度線但數(shù)值模糊的電壓表和電流表，要求選擇以上器材設計測量電路盡可能準確地測量電阻Rx的阻值。簡述其實驗原理。如果學生因為選擇了滑動變阻器而無法設計出實驗，教師可以啟發(fā)學生：電阻箱與滑動變阻器的區(qū)別？如果學生仍然沒有思路，可以啟發(fā)學生：如果有刻度線且刻度清楚，可以怎樣設計實驗？有刻度線但數(shù)值模糊，表明此處刻度線可以發(fā)揮一定的作用。再結合電阻箱的作用，結合第一題的設計方法，是否可以得到啟發(fā)？ V A Rx VA R預計會有同學成功設計：請同學將所設計的實驗原理圖拿到實物投影儀處講述原理。本實驗設計中，利用接入待測電阻Rx時的電壓表、電流表指針偏轉與接入電阻箱時的電壓表、電流表指針偏轉效果相同，用電阻箱等效替代待測電阻Rx。教師：由第一、第二個設計實驗，請學生體會等效替代法的關鍵：創(chuàng)設效果相同的兩個物理情景。三、通過測小球帶電量的實驗引入第二個實驗設計方法：轉換法設計題3：下面的方法可以用來測量物體的帶電量，圖中小球是一個外表面鍍有金屬膜的空心塑料球，有絕緣絲線懸掛于O點，O點固定有一個可測量絲線偏離豎直方向角度q的量角器，M,N是兩塊相同的、正對安裝的平行金屬板（加上電壓后其內(nèi)部電場可視為勻強電場）。另外還要用到的器材有天平、刻度尺、電壓表、直流電源、開關、滑動變阻器及導線若干，簡要的實驗步驟如下：（按要求完成相應的解答）（1） 用天平測出小球的質(zhì)量m,按圖所示進行器材的安裝，并用刻度尺測出M,N板之間的距離d, 使小球帶上一定的電量；（2） 連接電路，如圖所示。請寫出需要測量的量，以及所求電量的表達式。V請同學回答表達式、需要測量的量：因為題目中已給出物理情景和實驗器材，預計同學能夠想到實驗所用物理規(guī)律：帶電小球所受：重力G、電場力F、繩子拉力T三個共點力平衡。教師分析：在這個實驗中，我們沒有直接測量小球的帶電量，也沒有通過測量其他物體的帶電量等效替代小球的帶電量，而是通過測量其他一些容易測量的物理量U、d、m、,再通過公式計算出所求量q。這樣一種實驗設計方法，稱為轉換法。教師啟發(fā)：在用單擺測重力加速度g的實驗中，我們也是沒有直接測量重力加速度g，而是通過測量周期T和擺長L，再由周期公式計算出所求量g。所以這樣一種實驗方法也來源于我們的學生實驗！幻燈片顯示：測量型實驗設計一、等效替代法（方法來源：共點力合成實驗） 將直接測量不了的量，通過變通替代的辦法間接測量另一效果完全相同量的方法。二、轉換法（方法來源：用單擺測重力加速度g) 將不易測物理量的測量轉換為對另一些易測物理量的測量的方法。四、啟發(fā)學生應用轉換法設計實驗設計題4：在月球上的宇航員，如果他已知月球半徑，且手頭有一個已知質(zhì)量的砝碼，請問他還需要什么實驗器材，怎樣才能測出月球的質(zhì)量，寫出測量月球質(zhì)量的表達式。教師啟發(fā)：可以直接測量月球質(zhì)量嗎？可以通過測量其它物體質(zhì)量等效替代月球質(zhì)量嗎？如果都不可以，那么可以用轉換法嗎？請同學回答：講自己的實驗設計拿到實物投影儀處講述原理 （預計大多數(shù)同學能較快地想到與月球質(zhì)量有關的萬有引力公式）。教師分析比較兩種實驗設計方法：等效替代法測量的是不同情況下的同一個物理量，如第一、第二個實驗中，測的還是彈力、電阻這兩個物理量，因此關鍵是：創(chuàng)設效果相等的兩個物理情景。轉換法測量的是其他的物理量，所以必須要通過公式計算才得到所求無力量，因此用轉換法設計試驗的關鍵是：尋找與待測量相關的公式、規(guī)律。五、引導學生應用所學方法設計實驗、優(yōu)化設計方案請同學應用今天所學方法設計下面這個實驗：設計題5：設計一個試驗，盡可能準確地測量木塊與木板之間的滑動摩擦系數(shù)u。預計同學可能有以下幾種設計方案：方案1、 勻速F勻速拉方案2、加速下滑教師啟發(fā)：方案1中用彈簧秤勻速拉木板不容易控制，且彈簧在移動中不容易讀數(shù)，那么我如果能想辦法讓彈簧不動，那么實驗就容易實現(xiàn)，且容易讀數(shù)了！預計有同學能夠閃出火花：方案3、方案3：靜止F加速、減速、勻速拉均可以教師：方案3簡便、易操作，更優(yōu)！五、結尾：總結測量型實驗設計的方法、思路測量型實驗設計設計方法：一、等效替代法（方法來源：共點力合成實驗） 將直接測量不了的量，通過變通替代的辦法間接測量另一效果完全相同量的方法。二、轉換法（方法來源：用單擺測重力加速度g） 將不易測物理量的測量轉換為對另一些易測物理量的測量的方法測量型實驗設計思路： 1、根據(jù)實驗目的選擇設計方法（等效替代法、轉換法）。若用轉換法，還需進行以下步驟： 2、根據(jù)與所測量相關的公式、規(guī)律：選擇實驗原 理表達式。 3、根據(jù)原理表達式：確定需測量的量、器材。 4、根據(jù)需測量的量：安排實驗步驟。 5、用測量的量寫出表達式。課 后 反 思感覺整節(jié)課還是比較順暢的，課堂中能調(diào)動學生的積極思維。課前預計的學生可能會產(chǎn)生的不完善的想法，學生確實想到了；我預想在我的啟發(fā)下學生可能會閃出的“火花”也確實閃出來了。例如第一個設計實驗中，學生首先想到用籃球直接砸在臺秤上，在實際操作中發(fā)現(xiàn)了其不可行性，在教師對所給實驗器材啟發(fā)下，學生想到了用藍印紙、白紙記錄下籃球最大形變量的等效方法。課前我預想學生可能閃不出來的“火花”，學生居然也閃出來了。例如最后一個設計實驗中，學生首先想到的使用彈簧秤直接勻速拉木板（方案1），其他同學認為勻速在實際操作中不容易控制，提出自己的