浅谈高中常见物理实验方法.docx

浅谈高中常用物理实验方法江汉石油高级中学 摘要：高中物理课本上有很多物理实验，这些实验都已经被前人做了很多遍，很多实验结果已经下了定论。为什么我们明知实验结果而还要一次次地重复这些实验呢？其中目的之一就是让学生亲身体会那些基本的物理实验方法，从而掌握它。本文就主要介绍一下高中物理实验常用的实验方法。这些实验方法甚至对学生以后从事科学研究都有着很多的借鉴意义。关键词：物理实验实验方法数据处理引言：本文主要叙述高中物理实验方法，我主要从两方面叙述，一是：实验过程中所用的思想方法，二是：对实验数据的处理方法，并从教材中举例加以说明。实验方法主要讲述以下六种：控制变量法，转换法，等效替代法，累积法，图像法，逐差法。正文：一、控制变量法许多探究性实验，会用到控制变量法。比如研究牛顿第二定律：F=ma，事先平衡摩擦力，即，以排除摩擦力这一变量的影响。控制小车质量m不变，改变重物的质量M，来研究拉力T与小车加速度a的关系；然后是保持重物质量M不变，即拉力T不变，改变小车质量m，来研究质量m与小车加速度a的关系。从而得出牛顿第二定律的表达式。除此之外，还有探究导体电阻受哪些因素影响，其中要控制多个变量：导线长度L，横截面积S，导线材料，温度T等，只改变其中一个变量，来逐一证明各种变量对导体电阻的影响。控制变量法在科学研究领域运用很广泛，对于控制那些变量不变，有时就要用到一些先进设备和复杂的手段，比如研究交流电路中某些电学规律时，就需要用到比电流表和电压表更精确的设备：示波器。示波器不仅能显示电流，电压随时间变化的规律，还能显示一段时间内变化的频率，对于含有频率这一变量时，示波器就优于一般的电学测量仪器。总而言之，控制变量法：要控制哪些变量，排除哪些无关变量，如何去控制变量不变，需要在实验中去慢慢摸索。二、转换法在物理实验中，有些变量不易直接去测量，或者实验设备有限，在这时就应该用到转换法，将不易测量的变量转换成另一种容易测量的变量。例如：在做碰撞中的动量守恒实验时，如图：小球在与另一小球碰撞后，它们各自的速度不易直接测量，于是就把测量速度转化成测量小球平抛运动的水平位移，将=+同乘以时间t，就转化成了=+。先测出小球1平抛的水平位移，然后再测出小球1与小球2碰撞后，各自的水平位移、。有些实验，可能要进行多步转换，比如历史上著名的卡文迪许扭秤实验，较精确地测出了万有引力常数G。这个实验难度在于如何测出大球m’对小球m的吸引力。于是卡文迪许就想到了用转换法。当小球受到吸引力时，支架会旋转一定的角度，对应的系在支架上的银丝也会扭转一定的角度，直到扭转力与大球对小球的引力达到平衡。只要测出银丝所受的扭转力，就可以了。但是银丝的扭转力也不容易测出，于是就进一步转化，扭转力F与扭转的角度成一定关系，测出银丝的扭转角度，也不是一件容易的事，这时就体现了当时卡文迪许的过人之处，在银丝上面固定了一面平面镜，然后在远处发出一束光斜射到平面镜上，根据反射光线转过的角度，来确定银丝扭转的角度。这其中巧妙地用了多步转换法：万有引力银丝扭转力银丝扭转角度反射光线偏转角度。在受到种种技术条件限制的条件下，转换法是常常能化难为易，化腐朽为神奇的实验方法，当然这一切都要建立在科学性原则上，不能出现科学性错误。三、等效替代法等效替代，顾名思义，在当某些作用效果相同时，就可以相互替代。在“互成角度的两共点力合成”的实验中我们就用到了等效替代法，第一次我们用两个弹簧秤成角度地拉橡皮筋，把结点拉到某一位置，再换成一个弹簧秤，同样拉这个橡皮筋，也把结点拉到同样位置，这说明后一个弹簧秤的拉力与前面两个弹簧秤的拉力效果相等，因此可以互相替代。对于“等效”这个问题，应正确理解：所谓效果相等，是对某一方面说的，并不是在所有方面都等效，仍以合力与分力来说，它们只是在改变物体的运动状态上等效，而在其他方面，例如在产生形变上，二者并不等效。历史上著名的曹冲称象，就是把大象对船的作用力用石头对船的作用力等效替代。再比如电学实验中测量未知电阻的阻值时：其中为电阻箱，先将开关闭合，打在上面的连接点，调节滑动变阻器，记下此时电流表的数值,然后保持滑动变阻器阻值不变，将开关打在下面的连接点，慢慢调节的阻值，直到电流表指针指在同一位置，这时的阻值就是待测电阻的阻值。利用前后两次电流表指针位置相同，又根据并联电路的特点，与可以互相替代，这样省去了许多繁琐的步骤，简单直接。四、累积法在物理实验中，有时手上测量工具有限，而我们又要得到较为精准的数据，这时就要用到累积法。在“用单摆测重力加速度”测周期时我们用的是累积法，即我们不直接测一个周期的时间，而是测30～50个周期的总时间，再除以周期数即得周期T的值．用累积法的好处是：①相当于进行多次测量而后取平均值，这样可以减少偶然误差；②增加有效数字的位数．以测单摆的周期为