例談探究實驗中測量的設(shè)計技巧—由曹沖稱象想到的

1、例談探究實驗中測量的設(shè)計技巧由曹沖稱象想到的論文導(dǎo)讀：我們在設(shè)計物理實驗時。通過間接的測量達成目的。設(shè)計技巧，例談探究實驗中測量的設(shè)計技巧由曹沖稱象想到的。關(guān)鍵詞：實驗，測量，設(shè)計技巧【情境再現(xiàn)】：曹沖長到五六歲的時候，知識和判斷能力所達到的程度，可以比得上成人（如一個成年人）。有一次，孫權(quán)送來了一頭巨象，太祖想知道這象的重量，詢問屬下，都不能說出稱象的辦法。曹沖說：“把象放到大船上，在水面所達到的地方做上記號，再讓船裝載其他東西（當(dāng)水面也達到記號的時候），稱一下這些東西，那么比較一下（東西的總質(zhì)量差不多等于大象的質(zhì)量）就能知道了?！碧媛犃撕芨吲d，照這個辦法做了，很快就稱出了大象的質(zhì)量。事實

2、上，我們在設(shè)計物理實驗時，也會經(jīng)常遇到這樣不易直接測量或因測量工具等原因而無法直接測量的物理量，這就要求我們運用一些物理方法和已經(jīng)掌握的物理知識，通過間接的測量達成目的。下面我就舉例談?wù)勔恍┳龇āＲ换盁o形”為“有形”所謂化“無形”為“有形”，就是將測量中具有主觀性的步驟或方案摒棄，而用客觀明了的方案代替，使測量更合理更準確?！纠?】小敏想比較幾種材料（衣服、錫箔紙、泡沫塑料）的隔音性能，除了待檢測的材料外，可利用的器材還有：音叉、手機、鞋盒。論文檢測，設(shè)計技巧。（1）在本次實驗中適合做聲源的是_你認為另一種器材不適合做聲源的原因是_。(2)小敏將聲源的音量調(diào)整至適當(dāng)后放入鞋盒,在其周圍塞滿待

3、測材料,她設(shè)想了下面兩種實驗方案,你認為較好的是_.你不選擇另一種方案的理由是_.。 方案A: 站在距離鞋盒一定距離處,比較所聽到的聲音的響度； 方案B:一邊聽聲音,一邊向后退,直到聽不到聲音為止,比較此處到鞋盒的距離；（3）通過實驗得到的現(xiàn)象如圖所示，則待測材料隔音性能由好到差的順序是_?！窘馕觥?（1）手機 用音叉的話響度不容易控制（2）B方案；物理實驗的測量力求客觀準確，具有可操作性，B方案具備這樣的特征；A方案的測量有很大的主觀性，因為“響” 與 “較響”沒有明確的界限，與測量者的主觀判斷有很大的關(guān)系，這是實驗測量所不允許的。（3）泡沫，衣服，錫箔紙。二累積法累積法：在被測量的物理量很

4、小，測量工具無法直接測量時，通常采用將微小的量積累成較大的量進行測量，再計算出平均值的方法。測一張紙的厚度、一枚郵票的質(zhì)量、細銅絲的直徑都可采用這種方法。論文檢測，設(shè)計技巧?！纠?】一卷細銅絲，上面標有d=1.7mm，如果給你一支鉛筆、一把毫米刻度尺，你能較準確的測出他們的直徑嗎？為驗證標號是否正確，小華設(shè)計出測量細銅絲直徑的方案（圖2）：a. 取一支鉛筆，將細銅絲在鉛筆上密繞32圈。b. 用刻度尺測量線圈的長度，如圖所示。c. 根據(jù)測得的數(shù)值，推算細銅絲的直徑。（1）小華沒有用刻度尺直接測量細銅絲直徑的原因是_.(2)如圖所示的線圈的長度是_厘米，細銅絲的直徑是_毫米?！窘馕觥浚海?）細銅絲

5、的直徑和刻度尺的最小分度值差不多，如果直接測量，誤差會比較大。（2）由于長度要精確到最小刻度的下一位，所以線圈的長度為5.00厘米；這樣長的線圈由32圈組成，所以每圈的直徑為：5.00厘米32=0.16厘米=1.6毫米(為保證最后的結(jié)果精確到毫米的下一位，1.6毫米時四舍五入得結(jié)果)。結(jié)論：線圈的標號與實際值不一致?！菊f明】:如果除出的平均值很小，可采用科學(xué)記數(shù)法。如0.0156毫米可記為1.610-2毫米，以確保精確到到毫米的下一位。三等效替代法以一種清楚直觀的模型或簡單明了的方法代替一種復(fù)雜的現(xiàn)象或過程，以一種易于接受的方式給出復(fù)雜問題的答案。這樣的方法稱為等效替代法。運用這樣的方法可以使

6、所要研究的問題簡單化，直觀化。上面所說的“曹沖稱象”就是用的等效替代法?！纠?】小華在用蠟燭“探究平面鏡成像特點”時，想弄清“蠟燭成的是實像還是虛像？蠟燭的位置和它像的位置有什么關(guān)系？它們的大小有什么關(guān)系？”【解析】：我們知道：平面鏡成的是虛像?！驹O(shè)計實驗時我們會遇到這樣的困難】：如何看到像在鏡后位置，是突破的關(guān)鍵。論文檢測，設(shè)計技巧。引導(dǎo)學(xué)生思考，用玻璃“替代”平面鏡進行探究，就可以看見像的位置了。虛像光屏是無法呈現(xiàn)的，怎樣才能摸到像呢？能不能用什么去替代像？最好的代替品就是物體本身，用物體替代像進行測量。怎樣探究像到鏡子的距離與物到鏡子的距離？明確了探究內(nèi)容和方法，需要什么儀器？在這些問題

7、解決后，設(shè)計的步驟就清楚了?！緦嶒灢襟E】：如圖3 在豎直放置的玻璃板前面放一支點燃的蠟燭，可以看到它在玻璃板中所成的像，把光屏放在像的位置，不通過玻璃板直接觀察光屏上是否有蠟燭的像，從而判斷像的虛實。再拿一支沒有點燃的同樣的蠟燭，豎立著在玻璃板后面移動，直到看上去它跟前面那支點燃蠟燭的像完全重合，這樣就可以確定像的位置和像的大小。用刻度尺測量蠟燭和它的像的位置到平面鏡的距離，發(fā)現(xiàn)二者距離的大小相等。【實驗改進】：在研究平面鏡成像特點的實驗時，會發(fā)現(xiàn)蠟燭移動時很難保持豎直狀態(tài)，而且容易傾倒，影響效果。如果改用光具座做這個實驗時，操作就會很簡單，完全可以做學(xué)生實驗。論文檢測，設(shè)計技巧。操作是這樣的

8、：選取一塊比蠟燭略高的薄玻璃板，用光具座的兩個滑塊將玻璃板豎直夾在光具座的中間位置，擰緊滑塊下面的固定螺絲，蠟燭是粘在可移動的滑塊上。論文檢測，設(shè)計技巧。實驗步驟不變。 五轉(zhuǎn)換法 轉(zhuǎn)換法：有的物理量不便直接測量，有的現(xiàn)象不便直接觀察，通過轉(zhuǎn)換為容易測量到與之相等的物理量或與之相關(guān)聯(lián)的物理現(xiàn)象，從而獲得結(jié)論的方法。對于一些看不見摸不著的現(xiàn)象常常采用此法測量或顯示。【例4】積雪對公路行車的危害主要表現(xiàn)在路況的改變，路面積雪經(jīng)車輛壓實后，車輪與路面的摩擦力減小，汽車易左右滑動，同時汽車的制動距離難以控制，當(dāng)車速過快或轉(zhuǎn)彎過急時，都可能發(fā)生交通事故。經(jīng)專家研究表明：氣溫不同，積雪的薄厚不同，對汽車的危

9、害也不同，當(dāng)積雪厚度在5-15cm、氣溫在0C左右時，汽車最容易發(fā)生事故，這種條件下的冰雪常會呈“夜凍晝化”狀態(tài)，此時護路工人常會在路面上撒大量的鹽，以避免這種現(xiàn)象發(fā)生，使在相同氣溫條件下，融化了的冰雪不再結(jié)冰，從而減小交通事故的發(fā)生。提出問題：撒上鹽后，在相同氣溫條件下，水為什么不再結(jié)冰了？(1)請用學(xué)過的物理知識，對此現(xiàn)象提出一個合理的猜想，并說出猜想的理由。猜想：_理由:_(2)設(shè)計一個實驗方案驗證你的猜想：(3)交流：除了在路面上撒鹽外，還有什么常用的辦法可以避免或減少交通事故？這樣做的道理是什么？【解析】：（1）撒鹽后，降低了水的凝固點。因為水在0結(jié)冰，加鹽后不結(jié)冰，說明其凝固點降低

10、了。（2）【設(shè)計實驗驗證時遇到的困難】：生活中不是什么時候都有低溫環(huán)境；即使冰箱提供低溫環(huán)境，但實驗時不便觀察；【轉(zhuǎn)換與之相等的物理量】：由于同一種物質(zhì)的熔點與凝固點相同，可以測熔點便可以知道凝固點。論文檢測，設(shè)計技巧?！緦嶒灢襟E】：取質(zhì)量相同的三杯水，一杯中不加鹽，第二杯加少量的鹽，第三杯加較多的鹽，插入溫度計將他們同時放入冰箱中冷凍；待結(jié)冰后將它們同時取出放在相同的酒精燈上加熱；觀察并記錄它們開始熔化時的溫度（熔點）；比較得出結(jié)論。（3）為防滑還可以在雪地上撒碳粒；也可以在車輪上綁防滑鏈?！就卣寡由臁浚簻y熔點便可以知道該物質(zhì)的凝固點；同樣，在測量滑動摩擦力時轉(zhuǎn)換成測拉力的大?。槐容^電磁鐵磁性強弱時，轉(zhuǎn)換成比較電磁鐵吸引大頭針的數(shù)目；比較物體動能的大小，轉(zhuǎn)換成比較該物體對另一個物體做功的多少等?！纠?】在“研究影響電磁鐵磁性強弱的因素”時，設(shè)計了如圖4所示的電路，實驗中通過比較鐵釘A、B吸引大頭針的多少來判斷磁性的強弱。（1）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)鐵釘A比B吸引的大頭針的個數(shù)多。說明：當(dāng)電流一定時，線圈匝數(shù)越多，磁性越；（2）調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片的位置，使電路中的電流增大，發(fā)現(xiàn)鐵釘A吸引大頭針