測量型實驗設(shè)計(教案).doc

測量型實驗設(shè)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(xué) 沈蘭課前設(shè)想實驗設(shè)計是高中物理學(xué)習(xí)中對學(xué)生知識和能力要求較高的一部分內(nèi)容，較多的學(xué)生在拿到實驗設(shè)計題時有“無從下筆”的感覺，因此很多同學(xué)對實驗設(shè)計有“畏懼心理”。所以貫穿于整節(jié)課的設(shè)計思想是：讓學(xué)生體會到：實驗設(shè)計是“有章可循”的，并且這個“章法”就來源于我們的學(xué)生實驗。因此，在兩種測量型實驗設(shè)計方法的介紹中，與相應(yīng)的學(xué)生實驗作比較，讓學(xué)生看清方法的源頭；在用轉(zhuǎn)換法設(shè)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(guān)的公式、規(guī)律，選擇實驗原理表達(dá)式；根據(jù)原理表達(dá)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(dá)式。一、教學(xué)目標(biāo)1、知識和技能目標(biāo)1）理解和掌握測量型實驗設(shè)計的兩種方法：等效替代法和轉(zhuǎn)換法。2）能應(yīng)用等效替代法和轉(zhuǎn)換法設(shè)計簡單實驗。2、過程和方法目標(biāo)1）通過將實驗設(shè)計方法與學(xué)生實驗中方法的對照和比較，讓學(xué)生體會：設(shè)計實驗的方法其實是來源于學(xué)生實驗中已經(jīng)學(xué)過的方法。2）通過將理論設(shè)計立刻應(yīng)用于實際操作的過程，讓學(xué)生體會到：理論設(shè)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(biāo)通過貫穿于整節(jié)課的“實驗設(shè)計也有章可循”的設(shè)計思想，使學(xué)生樹立對實驗設(shè)計的信心，激發(fā)學(xué)生積極思維。二、教學(xué)重點讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用等效替代法和轉(zhuǎn)換法進(jìn)行實驗設(shè)計。三、教具準(zhǔn)備1、 第一個設(shè)計實驗所需器材：籃球、臺秤、白紙、藍(lán)印紙。最后一個設(shè)計實驗所需器材：帶鉤的木塊、木板、彈簧秤、支架。2、 計算機(jī)、實物投影儀。四、教學(xué)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(shè)計方法：等效替代法二 、引導(dǎo)學(xué)生分析等效替代法的方法來源、方法應(yīng)用的關(guān)鍵，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用等效替代法設(shè)計實驗三、通過測小球帶電量的實驗引入第二個實驗設(shè)計方法：轉(zhuǎn)換法四、引導(dǎo)學(xué)生分析轉(zhuǎn)換法的方法來源、方法應(yīng)用的關(guān)鍵，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用轉(zhuǎn)換法設(shè)計實驗五、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)方法設(shè)計實驗、優(yōu)化設(shè)計方案六、結(jié)尾：總結(jié)測量型實驗設(shè)計的方法、思路教 學(xué) 過 程一、 引入第一個實驗設(shè)計方法：等效替代法 請同學(xué)看第一個設(shè)計實驗。設(shè)計題1：實驗室有一臺測體重的臺秤、一只籃球、白紙、藍(lán)印紙，請設(shè)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(yù)計同學(xué)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(xué)上來操作：用籃球直接砸在臺秤上，提示其他同學(xué)仔細(xì)觀察實物投影儀上臺秤的讀數(shù)。教師：大家能夠讀出籃球?qū)佑|面的最大壓力嗎？預(yù)計同學(xué)會觀察到現(xiàn)象：指針偏轉(zhuǎn)太快，來不及準(zhǔn)確讀數(shù)！教師：那么怎么辦？如果沒有同學(xué)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(lán)印紙為什么要給出呢？可以怎樣利用呢？同學(xué)思考、討論。預(yù)計有同學(xué)提出設(shè)想：將白紙、藍(lán)印紙放在地上，將籃球砸在紙上，這時藍(lán)印紙會在白紙上留下一個藍(lán)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(dāng)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(yù)計有同學(xué)回答：因為這兩者形變量相等！請同學(xué)上來操作。教師由此引出實驗設(shè)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(xué)生實驗？同學(xué)：共點力的合成與分解?；脽羝@示：測量型實驗設(shè)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(xué)生應(yīng)用等效替代法設(shè)計實驗設(shè)計題2：實驗室里有滑動變阻器、電阻箱、低壓直流電源、開關(guān)、導(dǎo)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(shè)計測量電路盡可能準(zhǔn)確地測量電阻Rx的阻值。簡述其實驗原理。如果學(xué)生因為選擇了滑動變阻器而無法設(shè)計出實驗，教師可以啟發(fā)學(xué)生：電阻箱與滑動變阻器的區(qū)別？如果學(xué)生仍然沒有思路，可以啟發(fā)學(xué)生：如果有刻度線且刻度清楚，可以怎樣設(shè)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(jié)合電阻箱的作用，結(jié)合第一題的設(shè)計方法，是否可以得到啟發(fā)？ V A Rx VA R預(yù)計會有同學(xué)成功設(shè)計：請同學(xué)將所設(shè)計的實驗原理圖拿到實物投影儀處講述原理。本實驗設(shè)計中，利用接入待測電阻Rx時的電壓表、電流表指針偏轉(zhuǎn)與接入電阻箱時的電壓表、電流表指針偏轉(zhuǎn)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(shè)計實驗，請學(xué)生體會等效替代法的關(guān)鍵：創(chuàng)設(shè)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(shè)計方法：轉(zhuǎn)換法設(shè)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(qiáng)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(guān)、滑動變阻器及導(dǎo)線若干，簡要的實驗步驟如下：（按要求完成相應(yīng)的解答）（1） 用天平測出小球的質(zhì)量m,按圖所示進(jìn)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(dá)式。V請同學(xué)回答表達(dá)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(yù)計同學(xué)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(shè)計方法，稱為轉(zhuǎn)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(xué)生實驗！幻燈片顯示：測量型實驗設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為對另一些易測物理量的測量的方法。四、啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用轉(zhuǎn)換法設(shè)計實驗設(shè)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(dá)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(zhuǎn)換法嗎？請同學(xué)回答：講自己的實驗設(shè)計拿到實物投影儀處講述原理 （預(yù)計大多數(shù)同學(xué)能較快地想到與月球質(zhì)量有關(guān)的萬有引力公式）。教師分析比較兩種實驗設(shè)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(guān)鍵是：創(chuàng)設(shè)效果相等的兩個物理情景。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換法設(shè)計試驗的關(guān)鍵是：尋找與待測量相關(guān)的公式、規(guī)律。五、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)方法設(shè)計實驗、優(yōu)化設(shè)計方案請同學(xué)應(yīng)用今天所學(xué)方法設(shè)計下面這個實驗：設(shè)計題5：設(shè)計一個試驗，盡可能準(zhǔn)確地測量木塊與木板之間的滑動摩擦系數(shù)u。預(yù)計同學(xué)可能有以下幾種設(shè)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(yù)計有同學(xué)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(jié)尾：總結(jié)測量型實驗設(shè)計的方法、思路測量型實驗設(shè)計設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為對另一些易測物理量的測量的方法測量型實驗設(shè)計思路： 1、根據(jù)實驗?zāi)康倪x擇設(shè)計方法（等效替代法、轉(zhuǎn)換法）。若用轉(zhuǎn)換法，還需進(jìn)行以下步驟： 2、根據(jù)與所測量相關(guān)的公式、規(guī)律：選擇實驗原 理表達(dá)式。 3、根據(jù)原理表達(dá)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(dá)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(xué)生的積極思維。課前預(yù)計的學(xué)生可能會產(chǎn)生的不完善的想法，學(xué)生確實想到了；我預(yù)想在我的啟發(fā)下學(xué)生可能會閃出的“火花”也確實閃出來了。例如第一個設(shè)計實驗中，學(xué)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(xué)生想到了用藍(lán)印紙、白紙記錄下籃球最大形變量的等效方法。課前我預(yù)想學(xué)生可能閃不出來的“火花”，學(xué)生居然也閃出來了。例如最后一個設(shè)計實驗中，學(xué)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(xué)認(rèn)為勻速在實際操作中不容易控制，提出自己的