实验的培养目标

物理科组

一、 实验的培养目标

实验教学和考核在于提高学生的以下三个方面的能力， 即：实验准备能力、实验操作能力、解释总结能力。

★ “实验准备能力”包括“明确问题能力”和“计划实验能力”。具体分为：

① 应用所学的知识、原理、理论及方法来提出假设。 ② 选择适当的仪器和材料，包括正确的读数和分析方法。 ③ 确定实验的变量、明确步骤。 ④ 考虑到有效又安全的程序。

★ “操作实验能力”指的是按要求安全地实施实验；正确地使用仪器和材料、测量及记数：

① 检查仪器（比如：零刻度）、正确地设置仪器（比如：校正）、选择合适的标尺 ② 准确、详细地观察

③ 记录的数据与仪器所提供的精度一致 ④ 根据实验情况调整相关步骤

★ “解释总结能力”包括：

① 通过评估实验误差来评估实验数据的可靠性和准确性及实验技巧：知道物理量的大

小的可能级数；区别系统误差和随意误差；认识到产生重大误差的原因；估计单个测量的可能的误差；估计最终计算量的误差影响。

② 运用观察、解决熟悉和不熟悉的问题及测试假设来处理实验数据，以便达到实验目

的。

③ 应用知识：解释实验结果，推出有效的实验结论；评估实验、对实验修改进行建议。 ④ 用清晰、恰当的方式如文字、表格和图形交流信息、结果、总结及思想。

二、 实验的考核标准

★实验方法（2分）：

考生应该能无帮助的情况下自行组合实验仪器，采集适当多的数据（如：6-8个数据）和适当的取数范围或指定的数据。正确读数及重复读数求平均值，如测振动的时间。考生要能正确地从原始数据来推导实验结果，并且会从原始数据的有效位数来确定结果的有效数据。一般来说，结果的有效数据与原始数据的有效数据相等或多一位。结果的精确度要高，这可从学生的曲线图上的点的分布来考证。

学生在实验准备过程中的要求明确： ①实验目的

②经过思考，选择自变量X与变量Y

③要根据自已的想法，预测实验的结果，并画出预测的实验图形 ④决定合理的变量的范围并有时需要快速测试。 ⑤决定所要测量的数据的个数（通常6-10个点）。 ⑥将怎样测量你的变量？可能是直接测量的原始数据，可能是通过计算出来的数据。可能有时要有效地利用EXCEL电子数据表。要考虑如何让读数可靠、准确及精确。

⑦绘制图表，包括的栏目有原始的数据（单位）、处理的数据（单位） ⑧准备好标有XY变量的坐标纸，XY变量一定要在图表中出现

★结果表述（3分）

实验数据填写在自行设计的表格中，表格包括原始数据及处理的数据。表格的栏目须与实验操作相符合，同时要写出物理量及单位。同一个物理量的所有的原始数据的读数的准确度必须一致。

比如：一个长度测量最小准确到毫米，那么所有的长度测量值都须准确到毫米。精确度必须与测量工具相一致，如：用一毫米刻度尺测长度，记录值不允许出现“2CM”。 通过原始数据进行计算而得的结果，其有效数据须与原始数据的最少的有效数字相等或多一位，例如：测量的电势差和电流的有效数字分别为2位和3位，那么，通过欧姆定律进行计算的电阻的有效数字应是2位或3位，而不是1位或4位。如果电压、电流的有效数字都是3位，那么电阻的有效数字应是3位或4位。也有些特殊情况，当用厘秒表测量时，允许在启动表及停表时的误差，周期可给至3（或4）位有效数字。

建立合适的表格一般遵循以下规则：

①从左到右：原始数据放在左边，处理后的数据放在右边

②所有的栏目必须同时有物理量和单位，并且与图中的单位完成一致。 ③同一纵栏中的原始数据的小数位数必须相同，与测量所用的仪器相符。 ④处理后的数据应反映原始数据的不确定值：如果原始数据是两位有效数据，处理后的数据应是两位或三位。

例如：一个学生研究热敏电阻如何随温度的变化而变化。以下表格有8处不对之处。 V/v 3.0 3.02 3.0 3.1 1.58 0.76 I/mA T上升 96 120 134 175 114 170 T下降 87 114 138 180 129 161 平均值I 91.5 117 136 177 122 165 R kΩ 3.28 2.58 2.21 1.75 1.3 0.461 T/0C 4.0 10 15 21 30 50

★曲线描图（4分）

坐标轴应清楚地标出物理量和单位；按惯例划出坐标方向，X轴与Y轴的尺寸至少要占据坐标纸的一半；选择的坐标尺度要易于计算，并均匀地标上数字；所有采集的数据要画到坐标纸上；数据点在坐标纸的空白处无分；点上去的点不能过粗。所做出的曲线图应使所有的点均匀地分布在其两侧，线过粗或折线不能得分。线将过问题中特指的点。该画曲线的地方画成直线不能得分；如要计算斜率，取得两点要足够的远；所做的三角形至少要占据一半以上的线长度。从曲线图中读的数据要准确，考生要会从坐标起点不是0的图形上推算截距。

在设计坐标、确定标尺、描绘及作图上的具体要求：

①选择合适的横、纵坐标：尽可能使函数关系为一次函数。如：y= (1/2)gt2, 横坐标为t2（不用t），纵坐标为y。

②合适的标尺：标尺的选取必须是便于计算（1:1，1:2，1:5，1:10等；1:3，2:3，3:5等是不合适的标尺），并使所描的点分布占据一半以上的空间。

③描点：点必须与表格内的数据一一对应。 ④做出一条具有平衡特点的最佳图线。

例如：以下4幅图中，只有第二行的左边的图是最佳图线，另外5幅都存在问题。

y y x y y x x y x y x x

★分析问题（3分)

实验提问通常要求用曲线图的结果来进行一些分析。这样，学生必须要注意正确地使用单位和取正确的有效数字。 ①求斜率 ②求截距

通过函数关系式，找出所要求的物理量与①②的关系，从而求出所要求的物理量。 ③分析仪器的精度、数据的准确度、测量误差、系统误差和偶然误差。 Ⅰ. 仪器精度与数据准确度

与真实值越接近的，准确度越好；数据越接**均值的，精度越好。

准确度：好 不好 好 不好 精 度： 好 好 不好 不好

比较米尺、游标卡尺、螺旋测微器三种仪器的精度： 序号 仪器名称 1 2 3 测量的读数举例 仪器的精度的比较 不好 较好 最好 毫米刻度尺 1.2±0.1cm 游标卡尺 1.21±0.01cm 螺旋测微器 1.212±0.001cm

Ⅱ. 仪器的精度

仪器本身所决定的测量的不确定性通常为最小刻度的一半，如： 序号 仪器名称 1 2 3 仪器不确定读数 举例 16.2s 22.50C 2.15A 最小分度为0.2秒的秒表 ±0.1s 最小分度为10C温度计 最小分度0.1A的安培表 ±0.50C ±0.05A Ⅲ. 测量值的最大不确定值：

不确定值=（测量的有效最大值-测量的有效最小值）/2

它不仅由所使用的仪器决定，也受实验过程的诸多因素的影响。如：个人的测量技术等。

Ⅳ. 系统误差与偶然误差

系统误差：测量值总是向真实值的某个特定的方向偏，它不可以通过多次测量来消除，但它可以通过提高实验技能与校准等方法来减小或消除。

引起系统误差的原因有很多，如：零误差；视差；仪器刻度未校准；反应时间。

消除或减小相应的系统误差的方法有：校准；平视，借助平面镜、三角板等辅助工具；与标准刻度相比较；让测量的时间间隔足够长；用同样的参照物（如：光或声）来确定起、末的时刻。

偶然误差：测量值分布在平均值两侧，它可以通过多次测量然后求平均；或通过作图画出最合适的线来减少误差。

消除或减小偶然误差的一些措辞：读数时，借助三角尺或平面镜；测线的直径：在不同位置多次取值；测振动周期：测量多次振动的时间，再求平均值；测V/I特性：按V增大的顺序测一组数据，再按V减少的顺序测一组数据，平均同一V下的I值；测重力作用

下的伸长量：按G 增大的顺序测一组数据，再按G减少的顺序测一组数据，平均同一G下的伸长量。

④提出改进意见

三、 教学和考核的实施方案

★实验教学实施方案：

①老师在学段开始的时候，设计2个左右的实验给学生练习：一些实验有助于帮助学生理解理论，一些实验有助于养成学生的计划性，还有一些实验可用来培养学生的实验技能，另一些实验可鼓励学生尽可能地取得准确的结果和获得精确、可靠的答案。

②同时准备3套2组不同的实验，每个学生做一次实验。在每一次的实验里，每3组学生的实验内容相同。

③学生在做实验之前必须对此实验有所准备：不允许进入实验室之时，还对实验目的一无所知。学生应当明白实验原理、知道所选用的器材、并对此实验的实施作了一些准备。

④所有的文字报告须写在A4纸上，用环形针扣好或用钉书针钉好报告。因为时间局促，表格尽可能地在实验之前准备好。

⑤全班同学分成2部分。当一半的同学做实验时，另一半的同学可在教室等学习场所完成其他任务（如做练习或考试等）。培养学生自律和责任感。 ⑥一堂实验课的时间为连续2课时，中间不休息。

⑦实验时，学生可允许3-4人一组，每个学生必须完成自己的实验报告。不允许两人完成一份实验报告。

★实验考核的实施方案

对实验的考核分为“操作”和“试题”两种方式：

①“操作”考核在每学段的第8周进行，考核的成绩作为第三段的平时成绩。总分为12分。（参见实验的考核标准），学生在老师的相关要求下，在2节“连堂课”内完成实验安装、数据采集、图形描绘、数据处理和实验分析等，上交实验报告。

②“试题”考核：可以是考核实验解释和总结能力的一种方式。可以在选择题和计算说明题中出现。例如： 1、 选择题型：

例(考查数据与图形处理能力)：一名学生在研究力的大小随时间做一次函数变化的关系中，获取了如下图所示的5组数据，那么最符合实验结果的直线的斜率为：

F/N 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4

（A）5N/S （B）6N/S （C）7N/S （D）8N/S （E）10N/S

2、 计算和说明题型：

例（考查实验的解释能力）：你的一个好朋友向你借昂贵的钻石项链去参加一个舞会，你碍于情面，借给了她，但你又有点担心，所以你用天平仔细地称量了钻石项链，读数为8.17克。天平的准确度为±0.05克。第二天，你朋友还回了项链，你又称量了一次，发现此次的称量值是8.09克。你认为这还是你的钻石项链吗？为什么？

附一：测定你自己的输出功率

姓名 实验伙伴 分数

实验目的

本实验通过测定你从科学馆的一楼上到六楼的向上运动过程中的克服重力做功的最大功率，理解人和机器的功率的数值等于单位时间内所做的功的大小。

背景知识

所有的机器都有自己的功率，功率是描述做功快慢的一个物理量。人也相当于机器，有功率：有的人功率大，也就是说他们在比较短的时间内能完成与别人相同的工作总量。

在这个实验中，你需要测量你从科学馆的一楼上到六楼的时间和所上的高度。

情景分析

为了完成这个实验目的，先分析出你在运动过程中的受力情况是有有助的。因此，在

t/s

你实验之前，请回答以下问题：

1． 画出你匀速跑上楼的受力分析图

2． 讨论你如何得知当你匀速上楼时所受的向上的力的大小

3． 写出你克服重力做功表达式与你身体的输出功率的表达式

实验过程

一旦你清楚地了解了你实验原理和实验所需要的测量的量，请设计一个数据表格、测量、计算功率。用尺测量1-6楼的高度，用表测你运动的时间。

实验表格

在以下建立一个实验的表格

实验总结

写出一个与你实验目的相关的结论：

附二：学生的实验报告

我校1名高二学生在“测定自己的输出功率”的实验中所做的表格，具有一般性，反映出学生在实验方面的科学素养有待加强。

表一： 1st 2nd 3rd T(s) h (m) W=mgh(J) P=w/t(w) 27 18.6 15858 587.3 23.5 18.6 15676 667.1 24.75 18.6 15858.4 640.7 学生的的问题：

（1） 用同一只表，测出的数据却显示出不同的精度。 （2） 原始数据不全， m=?

（3） 很明显，h的取值三次测量完全一样，是不可信的。 （4） W是不必要的处理后的数据。

（5） W的有效数值完全不反映原始数据的有效数值。 （6） 没有求P的平均值。

（7） 物理量和其单位的表达格式欠妥

（8） 表格的各测量和处理的物理量没有按习惯从左向右排。