測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(教案).doc

測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（教案）上課時(shí)間：2006年3月3日?qǐng)?zhí)教班級(jí)：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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是高中物理學(xué)習(xí)中對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力要求較高的一部分內(nèi)容，較多的學(xué)生在拿到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題時(shí)有“無(wú)從下筆”的感覺(jué)，因此很多同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有“畏懼心理”。所以貫穿于整節(jié)課的設(shè)計(jì)思想是：讓學(xué)生體會(huì)到：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是“有章可循”的，并且這個(gè)“章法”就來(lái)源于我們的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。因此，在兩種測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的介紹中，與相應(yīng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)作比較，讓學(xué)生看清方法的源頭；在用轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，也想體現(xiàn)“順藤摸瓜”的思想：根據(jù)與所測(cè)量相關(guān)的公式、規(guī)律，選擇實(shí)驗(yàn)原理表達(dá)式；根據(jù)原理表達(dá)式，確定需測(cè)量的量、器材；根據(jù)需要測(cè)量的量，安排實(shí)驗(yàn)步驟；最后用測(cè)量的量寫出表達(dá)式。一、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)和技能目標(biāo)1）理解和掌握測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。2、過(guò)程和方法目標(biāo)1）通過(guò)將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與學(xué)生實(shí)驗(yàn)中方法的對(duì)照和比較，讓學(xué)生體會(huì)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法其實(shí)是來(lái)源于學(xué)生實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)學(xué)過(guò)的方法。2）通過(guò)將理論設(shè)計(jì)立刻應(yīng)用于實(shí)際操作的過(guò)程，讓學(xué)生體會(huì)到：理論設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到實(shí)際操作的可行性、簡(jiǎn)便性。3、情感、態(tài)度和價(jià)值觀目標(biāo)通過(guò)貫穿于整節(jié)課的“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也有章可循”的設(shè)計(jì)思想，使學(xué)生樹(shù)立對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的信心，激發(fā)學(xué)生積極思維。二、教學(xué)重點(diǎn)讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用等效替代法和轉(zhuǎn)換法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。三、教具準(zhǔn)備1、 第一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需器材：籃球、臺(tái)秤、白紙、藍(lán)印紙。最后一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需器材：帶鉤的木塊、木板、彈簧秤、支架。2、 計(jì)算機(jī)、實(shí)物投影儀。四、教學(xué)流程一、通過(guò)測(cè)籃球拍擊地面時(shí)對(duì)地面的最大壓力實(shí)驗(yàn)引入第一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(lái)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(jì)實(shí)驗(yàn)三、通過(guò)測(cè)小球帶電量的實(shí)驗(yàn)引入第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：轉(zhuǎn)換法四、引導(dǎo)學(xué)生分析轉(zhuǎn)換法的方法來(lái)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(jì)實(shí)驗(yàn)五、引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案六、結(jié)尾：總結(jié)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法、思路教 學(xué) 過(guò) 程一、 引入第一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：等效替代法 請(qǐng)同學(xué)看第一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)題1：實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)測(cè)體重的臺(tái)秤、一只籃球、白紙、藍(lán)印紙，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)出籃球拍擊地面時(shí)對(duì)地面的最大壓力。預(yù)計(jì)同學(xué)可能提出實(shí)驗(yàn)方法：用籃球直接砸在臺(tái)秤上，讀出最大讀數(shù)。教師：這樣的方法是否可行呢？請(qǐng)同學(xué)上來(lái)操作：用籃球直接砸在臺(tái)秤上，提示其他同學(xué)仔細(xì)觀察實(shí)物投影儀上臺(tái)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(jì)同學(xué)會(huì)觀察到現(xiàn)象：指針偏轉(zhuǎn)太快，來(lái)不及準(zhǔn)確讀數(shù)！教師：那么怎么辦？如果沒(méi)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(dòng)作放慢，甚至定格在最大壓力的時(shí)刻，就好了。那么，請(qǐng)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(jì)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(shí)藍(lán)印紙會(huì)在白紙上留下一個(gè)藍(lán)顏色圓形印跡，然后將白紙鋪在臺(tái)秤上，把籃球緩慢壓到臺(tái)秤上，當(dāng)籃球剛好蓋過(guò)白紙上的圓形印跡時(shí)，此時(shí)的讀數(shù)就是籃球撞擊地面時(shí)的最大壓力。教師：提問(wèn)：為什么籃球剛好蓋過(guò)白紙上的圓形印跡時(shí)，此時(shí)的讀數(shù)就是籃球撞擊地面時(shí)的最大壓力？預(yù)計(jì)有同學(xué)回答：因?yàn)檫@兩者形變量相等！請(qǐng)同學(xué)上來(lái)操作。教師由此引出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：等效替代法。教師提問(wèn)：這樣一種實(shí)驗(yàn)方法來(lái)源于我們的那一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)？同學(xué)：共點(diǎn)力的合成與分解?；脽羝@示：測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、等效替代法（方法來(lái)源：共點(diǎn)力合成實(shí)驗(yàn)） 將直接測(cè)量不了的量，通過(guò)變通替代的辦法間接測(cè)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(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題2：實(shí)驗(yàn)室里有滑動(dòng)變阻器、電阻箱、低壓直流電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、待測(cè)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(jì)測(cè)量電路盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量電阻Rx的阻值。簡(jiǎn)述其實(shí)驗(yàn)原理。如果學(xué)生因?yàn)檫x擇了滑動(dòng)變阻器而無(wú)法設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)，教師可以啟發(fā)學(xué)生：電阻箱與滑動(dòng)變阻器的區(qū)別？如果學(xué)生仍然沒(méi)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(jì)實(shí)驗(yàn)？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(jì)方法，是否可以得到啟發(fā)？ V A Rx VA R預(yù)計(jì)會(huì)有同學(xué)成功設(shè)計(jì)：請(qǐng)同學(xué)將所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理圖拿到實(shí)物投影儀處講述原理。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，利用接入待測(cè)電阻Rx時(shí)的電壓表、電流表指針偏轉(zhuǎn)與接入電阻箱時(shí)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(cè)電阻Rx。教師：由第一、第二個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生體會(huì)等效替代法的關(guān)鍵：創(chuàng)設(shè)效果相同的兩個(gè)物理情景。三、通過(guò)測(cè)小球帶電量的實(shí)驗(yàn)引入第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)題3：下面的方法可以用來(lái)測(cè)量物體的帶電量，圖中小球是一個(gè)外表面鍍有金屬膜的空心塑料球，有絕緣絲線懸掛于O點(diǎn)，O點(diǎn)固定有一個(gè)可測(cè)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(duì)安裝的平行金屬板（加上電壓后其內(nèi)部電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)）。另外還要用到的器材有天平、刻度尺、電壓表、直流電源、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器及導(dǎo)線若干，簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)步驟如下：（按要求完成相應(yīng)的解答）（1） 用天平測(cè)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(cè)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(qǐng)寫出需要測(cè)量的量，以及所求電量的表達(dá)式。V請(qǐng)同學(xué)回答表達(dá)式、需要測(cè)量的量：因?yàn)轭}目中已給出物理情景和實(shí)驗(yàn)器材，預(yù)計(jì)同學(xué)能夠想到實(shí)驗(yàn)所用物理規(guī)律：帶電小球所受：重力G、電場(chǎng)力F、繩子拉力T三個(gè)共點(diǎn)力平衡。教師分析：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們沒(méi)有直接測(cè)量小球的帶電量，也沒(méi)有通過(guò)測(cè)量其他物體的帶電量等效替代小球的帶電量，而是通過(guò)測(cè)量其他一些容易測(cè)量的物理量U、d、m、,再通過(guò)公式計(jì)算出所求量q。這樣一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，稱為轉(zhuǎn)換法。教師啟發(fā)：在用單擺測(cè)重力加速度g的實(shí)驗(yàn)中，我們也是沒(méi)有直接測(cè)量重力加速度g，而是通過(guò)測(cè)量周期T和擺長(zhǎng)L，再由周期公式計(jì)算出所求量g。所以這樣一種實(shí)驗(yàn)方法也來(lái)源于我們的學(xué)生實(shí)驗(yàn)！幻燈片顯示：測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、等效替代法（方法來(lái)源：共點(diǎn)力合成實(shí)驗(yàn)） 將直接測(cè)量不了的量，通過(guò)變通替代的辦法間接測(cè)量另一效果完全相同量的方法。二、轉(zhuǎn)換法（方法來(lái)源：用單擺測(cè)重力加速度g) 將不易測(cè)物理量的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)另一些易測(cè)物理量的測(cè)量的方法。四、啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(gè)已知質(zhì)量的砝碼，請(qǐng)問(wèn)他還需要什么實(shí)驗(yàn)器材，怎樣才能測(cè)出月球的質(zhì)量，寫出測(cè)量月球質(zhì)量的表達(dá)式。教師啟發(fā)：可以直接測(cè)量月球質(zhì)量嗎？可以通過(guò)測(cè)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(qǐng)同學(xué)回答：講自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)拿到實(shí)物投影儀處講述原理 （預(yù)計(jì)大多數(shù)同學(xué)能較快地想到與月球質(zhì)量有關(guān)的萬(wàn)有引力公式）。教師分析比較兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：等效替代法測(cè)量的是不同情況下的同一個(gè)物理量，如第一、第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，測(cè)的還是彈力、電阻這兩個(gè)物理量，因此關(guān)鍵是：創(chuàng)設(shè)效果相等的兩個(gè)物理情景。轉(zhuǎn)換法測(cè)量的是其他的物理量，所以必須要通過(guò)公式計(jì)算才得到所求無(wú)力量，因此用轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)試驗(yàn)的關(guān)鍵是：尋找與待測(cè)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(jì)實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案請(qǐng)同學(xué)應(yīng)用今天所學(xué)方法設(shè)計(jì)下面這個(gè)實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)題5：設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)，盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量木塊與木板之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)u。預(yù)計(jì)同學(xué)可能有以下幾種設(shè)計(jì)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(dòng)中不容易讀數(shù)，那么我如果能想辦法讓彈簧不動(dòng)，那么實(shí)驗(yàn)就容易實(shí)現(xiàn)，且容易讀數(shù)了！預(yù)計(jì)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(jiǎn)便、易操作，更優(yōu)！五、結(jié)尾：總結(jié)測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法、思路測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方法：一、等效替代法（方法來(lái)源：共點(diǎn)力合成實(shí)驗(yàn)） 將直接測(cè)量不了的量，通過(guò)變通替代的辦法間接測(cè)量另一效果完全相同量的方法。二、轉(zhuǎn)換法（方法來(lái)源：用單擺測(cè)重力加速度g） 將不易測(cè)物理量的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)另一些易測(cè)物理量的測(cè)量的方法測(cè)量型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路： 1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇設(shè)計(jì)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(cè)量相關(guān)的公式、規(guī)律：選擇實(shí)驗(yàn)原 理表達(dá)式。 3、根據(jù)原理表達(dá)式：確定需測(cè)量的量、器材。 4、根據(jù)需測(cè)量的量：安排實(shí)驗(yàn)步驟。 5、用測(cè)量的量寫出表達(dá)式。課 后 反 思感覺(jué)整節(jié)課還是比較順暢的，課堂中能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極思維。課前預(yù)計(jì)的學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生的不完善的想法，學(xué)生確實(shí)想到了；我預(yù)想在我的啟發(fā)下學(xué)生可能會(huì)閃出的“火花”也確實(shí)閃出來(lái)了。例如第一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生首先想到用籃球直接砸在臺(tái)秤上，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)了其不可行性，在教師對(duì)所給實(shí)驗(yàn)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(lái)的“火花”，學(xué)生居然也閃出來(lái)了。例如最后一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)際操作中不容易控制，提出自己的