目 录
第1章 物理实验与物理学发展 ................................................................................................... 1
1.1 物理实验与观察、生产劳动 ........................................................................................... 1 1.2 物理实验在物理学发展中的地位 ................................................................................... 1 1.3 物理实验在物理学发展中的作用 ................................................................................... 4 第2章 物理实验与物理教学 ....................................................................................................... 6
2.1 科学实验与教学实验 ....................................................................................................... 6 2.2 物理实验在物理教学中的地位 ....................................................................................... 6 2.3 物理实验在物理教学中的作用 ....................................................................................... 7 第3章 物理实验原理与设计 ..................................................................................................... 11
3.1 中学物理演示实验原理分析方法 ................................................................................. 11 3.2 中学物理演示实验科学性与可行性 ............................................................................. 15 3.3 基本设计思想的形成 ..................................................................................................... 26 3.4 实验模型的建立 ............................................................................................................. 27 3.5 实验方案的设计与比较 ................................................................................................. 30 3.6 实验装置与实验器材的选择 ......................................................................................... 32 3.7实验条件的选择和实验操作 .......................................................................................... 49 第4章 课堂演示实验教学方法 ................................................................................................. 51
4.1 物理实验的教学功能 ..................................................................................................... 51
4.1.1 物理实验的感觉功能 ........................................................................................... 51 4.1.2 物理实验的训练功能 ........................................................................................... 51 4.1.3 非语言传播功能 ................................................................................................... 53 4.1.4 物理实验的评价功能 ........................................................................................... 53 4.2 演示实验的类型 ............................................................................................................. 53 4.3 中学物理演示实验对教师的要求 ................................................................................. 54 4.3.1 备课要仔细 .................................................................................................................. 54 4.3.2 指导要明确 .................................................................................................................. 55 4.3.3 演示力求直观 .............................................................................................................. 55
4.3.4 操作要规范 .................................................................................................................. 55 4.4 课堂演示实验教学设计的基本方法 ............................................................................. 55 4.4.1 课堂演示实验教学模式 .............................................................................................. 56 4.4.2 课堂演示实验教学设计的基本程序 .......................................................................... 57 4.5 实验教学程序 ................................................................................................................. 59 4.5.1 必须一切从学生出发 .................................................................................................. 59 4.5.2 要与教学要求相适应 .................................................................................................. 63 4.6 实验教学体系的设计与研究 ......................................................................................... 64 第5章 中学物理演示实验器材制作 ......................................................................................... 70
5.1 实验器材制作的意义 ..................................................................................................... 70 5.2 演示实验器材制作的基本原则和要求 ......................................................................... 70 5.2.1 基本原则 ...................................................................................................................... 70 5.2.2 基本要求 ...................................................................................................................... 70 5.3 自制实验器材设计注意事项 ......................................................................................... 71 5.4 金属加工及工具 ............................................................................................................. 71 5.5 焊接技术 ......................................................................................................................... 72 5.6 玻璃材料的加工 ............................................................................................................. 73 5.7 有机玻璃般的加工 ......................................................................................................... 74 5.8 粘接技术 ......................................................................................................................... 74 5.9 自制实验器材实例 ......................................................................................................... 77 5.9.1 物体的重心 .................................................................................................................. 77 5.9.2 测定滑动摩擦系数 ...................................................................................................... 78 附录：备选实验项目 ................................................................................................................... 82
第1章 物理实验与物理学发展
1.1 物理实验与观察、生产劳动
所有自然科学都来自于实践，都是在对自然现象观察的基础上，从科学试验和生产实践中总结发展起来的，物理学亦如此。但是，物理实验与物理观察和生产劳动并不完全相同。 1．两个概念
物理实验：是人们根据研究的目的，运用科学仪器设备，认为地控制、创造或纯化某种自然过程，使之按预期的进程发展。同时在尽可能减少干扰客观状态的前提下进行观察，以探究物理过程变化规律的一种科学活动。
观察：是通过感官感受外部的各种刺激，形成对周围事物的印象。科学观察是有计划、有目的地对自然状态下的客观事物进行系统考察和描述的一种科学活动。 2．物理实验与观察的差异 （1）共同点
两者都是科学实践中搜集事实、取得经验的途径。 （2）差别
A．实验中，人处于主动地位，可充分发挥主观能动性，控制条件，改变客观状态和进程，使自然现象的变化有利于得出规律性认识。观察中，人处于被动地位，只能等待自然现象按其本来进程发展，对现象进行记录和研究。
B．实验结果可以重复，它不是简单的纯感性的活动，而是包括深刻的理性思维。 C．观察一般是获取原始材料的基本方法。 （3）联系
观察是实验的前提，实验是观察的发展。
观察是搜集自然现象提供的东西，实验室从自然现象中提取它需要的东西。 因此，观察和实验室两种不同层次的认识手段，起着不同的作用。 3．物理实验与生产劳动的区别
物理实验是以在科学理论指导下探索自然规律为主要目的；
生产劳动以直接改变自然，达到增加物质财富为目的，且不要求得到自然规律。
1.2 物理实验在物理学发展中的地位
物理学是一门实验科学，其概念的建立、定律的发现都有坚实的实验基础，在物理学的发展中有着巨大的意义和推动作用。
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1．物理实验与古代物理学的发展
物理学的发展，经历了从萌芽时期到经典物理学时期，再到现代物理学时期的三个大发展阶段。 在古代（公元前七、八世纪），物理学只是“自然哲学”的重要组成部分。此时，主要依靠对自然现象和生产、生活很不充分地观察，以及简单粗造的实验，直觉地、笼统地去把我物理现象的一般特性。物理学基本上处于对现象的描述，经验的简单总结和思辨性的猜测阶段，饰演的巨大作用还未被充分认识。
在古代，许多人曾做过许多实验，或进行过观察，对实验现象作过各种解释或总结，提出过种种理论，制造了不少仪器，对古代物理学的发展起到了积极的推动作用。
例如：
（1）古巴比伦人：用“日晷”和水钟计时；
（2）古希腊人：摩擦过的琥珀能吸引轻小的物体，恬然磁石具有磁性； （3）阿基米德：由杠杆实验得到杠杆定律；由浮力实验得到浮力定律； （4）《考工记》：水浮法定性估测物体比重；
（5）《墨经》：记载了物体所受浮力是因为水被物体排开的关系；
（6）《墨子》记载了将两种稍有不同的坛子埋入地下，以判断地下声源的方法（固体传声和气腔共振）； （7）沈括（梦溪笔谈）：用纸人演示共振实验。 综上所述，这一时期的物理实验的特点是： （1）零星不系统；
（2）定量实验较少，定性实验较多；
（3）大多数实验仅限于现象的描述或一般的解释，没有形成系统理论； （4）没有用实验来检验已有理论。
总之，这一时期的物理实验方法和科学思想水平较低，使物理学没有能真正走上科学的道路。 2．物理实验与经典物理学的发展
经典物理学实在16、17世纪的文艺复兴时期和科学革命中诞生的，以伽利略为代表的一大批杰出科学家，把实验方法与物理规律的研究结合起来，对物理学的发展作出了划时代的贡献。
例如：
（1）伽利略斜面实验、落体实验：发现了运动定律和自由落体规律； （2）库仑扭秤实验、摩擦实验：发现了库仑力的平方反比定律和摩擦定律； （3）卡文迪许用扭秤装置测定了地球密度：得到了地球密度和引力常数； （4）焦耳热功当量的研究：为能量守恒与转换定律的确立奠定了牢固的实验基础；
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（5）分子速度分布律：
1859年：麦克斯韦提出
1860年：气体沾滞性随压强改变实验（间接证明了麦克斯韦速度分布律） 1911年：杜诺伊尔制作成功分子束装置
1920年：斯特恩用分子束实验技术对分子速度分布律做直接验证 1955年：米勒、库什精确测定
（6）布朗运动：是分子无规则热运动的有力证据，对认识分子、分子的存在有重要意义； （7）奥斯特：电流磁效应开创了电磁学的繁荣时期； （8）法拉第：电磁感应现象；
（9）杨氏双缝干涉：为光的波动说提供了确凿证据；
（10）迈克尔逊-莫雷实验：否定了“以太”的存在，导致了相对论的出现。
综上所述，经典物理实验对于经典物理学的发展起到了很大的推动作用，在经典物理学中地位极其重要。更为重要的是，在这一时期，人们将数学引入到实验中，对实验结果理论化，形成了系统的经典物理理论体系，并能用理论去指导实验，大大丰富了物理实验的内涵，扩展了物理实验的功能。
从经典物理学的发展来看，物理实验起着至关重要的作用，并形成了物理实验自己独特的一套研究方法和科学思想，具有如下特点： （1）把实验和数学结合起来
既注意逻辑推理，又依靠实验检验，构成了一套完整的科学研究方法： 观察→提出假设→运用数学和逻辑推理→实验检验→形成理论。 （2）有意识地在实验中抛开一些次要因素，创造理想化的物理条件
这是力求使实验条件尽可能符合数学要求，以便于获得超越实验本身的特殊条件的认识，又要设法改变实验测量条件，以使之易于测量。 （3）用实验验证理论
（4）把实验和理论联系起来，使实验结果上升到普遍的理论高度。 3．物理实验与现代物理学的发展
经典物理学从16世纪到19世纪末，历经300年的发展，达到了比较完整和成熟的阶段。但是，此时的科学实验却发现了许多经典物理无法解释的事实，其中电子的发现、X射线的发现和放射性现象的发现具有根本的意义，它们的发现引起了物理学的革命，导致了现代物理的诞生。
例如：
（1）霍尔效应：确定半导体材料的基本参数，推动半导体理论的发展；
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