物理实验概述与设计(第1章).ppt

物理实验设计与研究 华南师范大学 物理与电信工程学院 程敏熙 chengminxi@163.com 参考书： 张德启.物理实验教学研究.科学出版社2005.8 朱鹤年编著.基础物理实验教程－物理测量的数据处理与实验设计.高等教育出版社.2003 李静、厉志明.普通物理实验.华南理工大学出版社.1994. 张军鹏主编.物理教学与学业评价.广东教育出版社.2005 参考刊物： 《物理实验》、 《教学仪器与实验》（原版、新课程研究、中学版）、 《实验教学与仪器》 目前在用的中学物理教材 第1章 物理实验设计与教学研究 1.3 物理实验在物理学发展中的作用 （1）物理实验的概念 物理学的基本特点是它的实践性，它是一门以实验为基础的高度定量化的科学。物理学是人类认识物质世界及其运动规律的基本途径，是物理知识的源泉，也是检验物理理论的标准。 （2）什么是物理实验？ 物理实验是人们在一定调控条件下，借助一定的观测手段，有目的有计划地对物理客体进行直接观测研究的探索活动，其目的在于认识物质结构，探索物理变化的特性和规律，揭示各种物理因素之间的联系和物理现象的本质，或者对物理理论进行验证。 物理实验的含义： 要运用仪器设备，人为地控制、创造或纯化某种自然过程，使它按预期的进程发展，也可以让它重复、再现，同时尽可能减少干扰地进行观测，以实验者为主体探究物理过程变化规律的科学活动。 是搜集事实、取得经验、总结规律的必要途径。 （3）物理实验的基本结构 实验者——实验活动的主体，处于主动地位，对实验过程起主导作用。 实验对象——实验研究的客体，含天然客体、人工制备的样品或模拟物，是信息源。 实验仪器——实验者与实验对象之间传递双向作用的中介物，是实验者作用于实验对象的一切物质手段的总和。其主要作用是延长人的感官甚至人脑的部分功能。 （4）物理实验的基本分类 天然客体物理实验——以天然客体或天然物理现象为实验对象。整个自然界是物理学永恒的实验室。（缺点是重复周期较长，条件难控制） 人工制备样品物理实验——人为纯化或人工制备的样品代替原型作为实验对象。样品与原型要“同态”、“同构”。 这两大类型的实验研究各具有优点和局限性，又具有互补性。 （5）物理实验在物理学发展中的作用 ①发现新事物、探索新规律。 如：伽利略斜面实验、胡克弹性实验、波意耳空气压缩实验、库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、光的干涉、衍射、偏振； X射线、放射性；发现电子、原子核及其电荷；超导等等。 ②验证理论。 如：验证爱因斯坦的相对论实验、时空弯曲、引力红移等；赫兹的实验证实麦克斯韦电磁场理论；电子衍射证实德布罗意的物质波理论。 （理论是物理学是核心，理论必须经过实验检验。理论与实验之间是相辅相成的辨证关系。没有实验，理论是空洞的；没有理论，实验是盲目的。） ③测定常数（物质常数：ρ、n，基本常数：c、e、k、h）。 常数之间的协调是检验物理理论的重要途径。 ④推广应用。 X射线、无线电、超导、核磁共振等 （6）当前物理实验方法和发展的特点和趋势 实验和理论的结合越来越紧密，成为不可分割、互相依赖的结合体，实验需要理论尤其是实验理论的指导，在理论的预测和条件范围内进行。 实验需要更先进的技术和仪器设备。更深入、更细微、更远的距离、更高或更低的温度、更短的时间、结果更精确。 物理实验方法和其他学科的结合向其他学科渗透，使得新的实验方法和技术更快地推广应用在各个领域。 当代前沿的物理实验越来越成为大规模的、集体的、综合的工程。它的设计、建设和运转使用，辅助和配套的工作等都需要各方面的科学家和工程技术人员共同合作完成，前沿尖端的实验还需要国际间的合作。 1.4 物理实验教学在人才培养中的作用 （4）物理实验中的科学方法的教育（弘扬科学精神、掌握科学方法、树立科学态度） 科学精神--P17. （怀疑、求实、创新、实践、人文） 科学方法--P18~21. （思维方法、数学方法、测量方法、观察方法） 科学态度—P21. （严谨、实事求是、坚韧不拔） 1.5物理实验教学的基本形式 1.6 本课程设计与研究的内容 一、实验的基本特点 1、实验目的：为了发现新现象、探究新规律。 2、实验内容：由需要探索的新问题而定，其内容对于科学家来说是新的，一般是未知的。 3、实验形式：观察现象、测量和记录、计算和分析，总结出规律。最终能否得到需要的结论是未知的。 4、对外公布，寻求承认，最终确定。 二、实验研究的基本方法 对对象的一般观察 提出假设模型 运用数学和逻辑进行推理 实验检验（忽略次要因素，创造理想化的物理条件，以求易于测量） 形成理论