充分发挥物理实验的智慧启迪作用

史献计

【摘 要】充分发挥实验在物理教学中的智慧启迪作用：触摸科学体验实验发现，唤醒学生好奇心；操作仪器，获取实验方法，养成科学素养；设计探究，提高创新意识，提升学生智慧。

【关键词】中学物理 实验 体验 方法 素养 智慧

物理实验是人类认识世界的一项重要活动，是进行科学研究的基础。物理学的实验基础、理论体系和研究方法，是现代科学和技术的基础，它们在学生智能结构的发展中有着特殊的作用。物理实验既是学生学习的内容，也是物理教学方法。因此，物理实验及其教学是物理课程和教学的一个重要组成部分。在物理教学中，通过教学设计引领学生步入物理实验殿堂，架起学生智慧生成的桥梁是物理教学改革的重要措施。在教学中，教师不仅要做好教材上的实验，还要多动脑、多收集信息，设计更多的实验，做到演示实验与学生实验相结合，验证性实验与探索性实验相结合，充分发挥实验在物理教学中的智慧启迪作用。把实验作为发展学生创新能力、思维能力，提升学生智慧水平的支撑。

中学物理实验教育能够影响学生的发展，作为一种实践形态，实验教育至少在两个层面上发生着作用：一是获得群体性社会文化要素的知识、经验、技能等；二是使个体精神层面的主体价值、思维、智慧得以交流、引导与提升。正如爱因斯坦所说，科学对于人类的影响有两种方式：第一种是大家熟知的，即科学直接地，或很大程度上间接地生产出完全改变了人类生产生活的工具；第二种方式是教育的性质——它作用于心灵。因此，走进物理实验殿堂是开启学生心智的钥匙。

一、触摸科学，体验发现——唤醒好奇心

苏霍姆林斯基曾经说过：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者。”学生对学科的喜爱源自于内心的好奇，物理实验的奇特现象不仅是归纳物理规律，形成物理假说、验证理论预言和物理假说的依据，也是激发学生好奇心理的有力手段。

【案例1】互感与自感的教学设计

教师：两节干电池串联后两端的电压是几伏？

学生：3V。

教师：人接在两节干电池两端会有电击的感觉吗？

学生：不会。

教师：那好，我们用两节干电池试试看。

教学行为：教师按图1所示的电路图连接好电路后，让几名学生手拉手接到A、B两端。

实验现象：闭合开关S瞬间，学生基本没有感觉；断开开关S瞬间，几名学生因受到电击而跳了起来。

学生反应：全班学生都觉得很意外，很惊奇。

设计分析：通过感官触觉来体验实验现象，这不仅仅是感觉刺激，更是从思维上给予学生强烈的刺激，激发了学生的好奇心理，正所谓“水不激不活，人不激不奋”。学生在强烈的与生活体验相悖的刺激之下，产生了学习思维的兴奋，为学习互感后的自感创造了良好的学习氛围。

在教学活动过程中，教师设计出实验现象在学生的意料之外、效果明显、生动形象的实验，不仅有助于激发学生的兴趣，更重要的是激活了学生的思维细胞。因此，在教学过程中，能够让学生自己动手做的实验尽量不要用演示实验替代，更不需要用多媒体技术替代，而要让学生在切身体验中触摸到实验的奥妙，感受实验的真谛。

二、操作物理仪器，获取实验方法——养成科学素养

《普通高中物理课程标准（实验）》的基本理念之一是：“高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。”所以，高中物理教育的出发点和归宿是促进学生科学素养的养成。

简单地讲，科学素养主要包括科学精神、科学态度、科学知识与技能。物理教学提升学生的科学素养的一个重要渠道是实验教学，实验教学的一个重要方面是加强实验操作，即加强学生的实验基本功的训练。其基本策略是教师在做演示实验时，要加强每一个操作细节的把握，包括对一些仪器仪表的数字认读，对螺旋测微器、游标卡尺等基本测量工具的使用方法讲解等。在实验教学中提倡使用自制的实验用具，在条件允许的情况下，可以在课外开放实验室，给学生更多的时间、空间来展示他们的实验能力和创新水平。此外，在通过实验来提升学生的科学素养时，一定要有所侧重，包括教学内容的侧重，如电学是非常重要的一个环节，也是与我们当前生活息息相关的一部分内容。在实验教学时，要注重课程标准中的基本要求的实践与落实，课堂上一定要设置与生活相关的情境，让学生的实验素养与具体生产生活实践联系起来，通过这些典型的实验，学生的科学素养就会在教师精心安排的实验教学中有所提升。

【案例2】为探究小灯泡的电功率P和电压U的关系，小明测量了小灯泡的电压U和电流I，利用P=UI得到电功率。实验所使用的小灯泡规格为“3.0V 1.8W”，电源为12V的电池，滑动变阻器的最大阻值为10Ω。

（1）准备使用的实物电路如图2所示。请将滑动变阻器接入电路的正确位置。

（2）现有10Ω、20Ω和50Ω的定值电阻，电路中的电阻R1应选 Ω的定值电阻。

（3）测量结束后，应先断开开关，拆除 两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材。

（4）小明处理数据后将P、U2描点在坐标纸上，并作出了一条直线，如图3所示。请指出图像中不恰当的地方。

分析：问题（1）（3）考查的是基本实验操作技能；问题（2）考查了电学实验设计能力，要求学生从实验原理、电路设计原则等方面进行分析与判断；问题（4）考查了对实验数据的处理能力，试题的设问角度很新颖。显然，在物理实验原理、实验操作过程、实验数据处理上对学生提出了更高的要求。如，电学实验结束后电路拆除“应拆除电池两端的导线”是基本的实验素养，同时对学生的安全意识也是一种考查；再如，实验数据处理中“图线不应画为直线”，突破了学生平时学习过程中“拟合直线”惯性思维，真实的实验数据处理需要根据实际情况作出科学的、诚实的记录与分析；而“横坐标的标度不恰当”既是一种美学要求，也是物理系统化观念的渗透。

【案例3】瞬时速度概念的建立

器材：气垫导轨、光电门、计时器、刻度尺

任务：测量滑块经过O点时的速度

操作：如图4（a）所示气垫导轨倾斜放置，使滑块从固定高度下滑。在O点[图4（b）所示]装上光电门S1，在O点沿斜面向上的方向上，每隔一定距离取一点A1、A2、…、A6；将第二个光电门S2按序号放在A6、A5、…、A1各点，用计时器逐次测量出滑块通过A6O、A5O、…、A1O的时间，计算各次的平均速度，得到相应的数据。再在O点沿斜面向下的方向上，按一定的距离取B1、B2、…、B6，将第二个光电门S2按序号放在B6、B5、…、B1各点，测出滑块通过B6O、B5O、…、B1O的时间，计算各次的平均速度，得到相应的数据。

研究：分析O点上方各点的测量数据，发现滑块通过A6O、A5O、…、A1O时的位移越来越小，平均速度却越来越大，由此推出，位移趋于零时，平均速度并不为零。滑块通过B6O、B5O、…、B1O的位移越来越小，平均速度随之减小，但是A1O段平均速度小于B1O段速度，因此，有理由相信，它们之间存在一个中间界限量，这个量就是O点的瞬时速度。

分析：上述实验帮助学生理解了瞬时速度的概念，解释了“当位移趋于零时，平均速度是否为零”“平均速度是否有极限”的疑问。学生自己动手做实验研究是物理素养形成的过程，教学过程中，尽最大可能让学生动手，在动手的基础上，通过问题的引导，在解决问题的过程中，形成学生的物理素养。

此外，为了解决课堂实验不足的问题，教师可以通过建立家庭实验室、合作小组实验室等方式让学生有足够触摸实验仪器、体验物理方法的机会。生活中的许多废旧物品可以成为很好的实验器材，如气球、易拉罐、玩具车轮、小电动机、绳子、木板、金属片、饮料瓶、泡沫海绵、吸管、皮筋等，可以开发出一系列实验。要让物理实验在发现新事实、探索新规律、检验理论、判定理论的适用范围、测定常数、推广应用、开拓新领域等方面对学生的物理素养的形成发挥作用。

三、实验设计探究，提高创新意识——提升学生智慧

实验设计能力是一种综合能力，它能反映出学生对物理科学方法的掌握情况，是学生科学素养的综合体现。因此，在教学实践活动中，教师要通过示范的方式，逐步让学生体验实验设计的基本思想、方法与策略。物理实验设计的核心是实验原理的把握，教师要用实验原理调控学生的实验行为。从设计方法角度来看，有等效法、累积法、控制变量法、转换替代法、留迹法、放大法、缩小法、平衡法、图像法等。这些方法有时还可以综合起来使用，具体由实验目的来确定原理，然后根据原理设定相应的设计。

【案例4】楞次定律“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化”的教学实验设计

实验装置：如下表所示，轻质铝环用细绳悬挂起来，静止时，用条形磁铁的N极或S极垂直于铝环平面，沿中心轴线水平运动。

实验现象：条形磁铁的N极、S极靠近或远离铝环时，铝环将被排斥或吸引。

原理分析：根据“同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引”的原理可判断出铝环中感应电流产生的磁场的磁极方向。

实验记录：如表所示。

创新要点：可以直接根据铝环运动的情况分析出感应电流的磁场方向，进而根据“安培定则”判断出感应电流的方向。这样的设计为学生归纳“增反减同”提供了实验“脚手架”，实验现象与原理分析设计在学生认知的最近发展区内，减少了教师“启而不发”的烦恼。

【案例5】某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图5所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关S，电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M，与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间。

（1）在实验中，下列做法正确的有（ ）。

A.电路中的电源只能选用交流电源

B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方

C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度

D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时

（2）实验测得小球下落的高度H=1.980m，10个小球下落的总时间T=6.5s.可求出重力加速度g= m/s2。（结果保留2位有效数字）

（3）在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的2个办法。

（4）某学生考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差。为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明。

分析说明：（1）电路中电源的作用是为电磁铁通电，选用交流电源和直流电源都可以，故A错；实验前应将M调整到电磁铁的正下方，以便于金属球敲击弹性金属片M，故B对；用直尺测量金属球下端到M的竖直距离作为小球下落的高度，故C错；手动敲击M的同时按下秒表开始计时，故D对。

实验设计以“滴水法”测重力加速度原理为背景，在考查学生基本实验技能的同时，让学生对实验原理有了深刻理解。同时，对学生处理数据、分析误差的能力提出了较高要求。如第（1）问中选项C要求学生了解测量几何形状时是不能忽略小球下落的高度的。第（3）问“多次重复实验，结果取平均值”是减小误差的基本方法，或通过“增加小球下落的高度”，从而增加小球的下落时间，减小误差等。

物理实验不仅是学生获取物理知识、认识物理规律、形成物理概念、提高动手能力的重要途径，而且能有效培养学生的创新精神和创新能力。

综合性地设计实验可以较好地调动学生实验的积极性，增强实验效果，较好地发挥学生的创造性，培养独立工作能力，使学生有更多的动手机会，让学生在掌握实验原理和仪器使用方法的基础上，按照自己的思维去设计实验方案、组合实验仪器，然后完成某一项目的实验。实验中，学生亲身经历了设计方案、论证实施、设计图表、组合安装、排除故障、整理数据、推导结论的全过程，从中体味到了探索真理的艰辛和成功的乐趣，领略到了实验科学的独特魅力，同时也可验证自己的设想是否正确，提高了学生实验能力以及分析、解决实际问题的能力。

物理实验不仅能激发学生的学习积极性，还有助于培养学生科学的态度和观察、分析问题的能力，以便培养出一批适应现代化科学技术迅猛发展的高素质人才。

物理实验还能帮助学生获得系统性的物理基本知识、基本方法和基本技能，培养学生严肃的科学态度、严谨的科学作风、严格的科学方法，以及提出问题、分析问题和解决问题的能力，从而全面提高学生的整体素养。

【参考文献】

[1]安忠，刘炳昇.中学物理实验教学研究[M].北京：高等教育出版社，1986.

[2]徐卫华.见微知著别有洞天[J].物理教师，2013（10）.

[3]欧剑雄.高中物理的创新设计[J].物理教学，2013（11）.

（作者单位：南京化学工业园区教师发展中心）

【案例3】瞬时速度概念的建立

器材：气垫导轨、光电门、计时器、刻度尺

任务：测量滑块经过O点时的速度

操作：如图4（a）所示气垫导轨倾斜放置，使滑块从固定高度下滑。在O点[图4（b）所示]装上光电门S1，在O点沿斜面向上的方向上，每隔一定距离取一点A1、A2、…、A6；将第二个光电门S2按序号放在A6、A5、…、A1各点，用计时器逐次测量出滑块通过A6O、A5O、…、A1O的时间，计算各次的平均速度，得到相应的数据。再在O点沿斜面向下的方向上，按一定的距离取B1、B2、…、B6，将第二个光电门S2按序号放在B6、B5、…、B1各点，测出滑块通过B6O、B5O、…、B1O的时间，计算各次的平均速度，得到相应的数据。

研究：分析O点上方各点的测量数据，发现滑块通过A6O、A5O、…、A1O时的位移越来越小，平均速度却越来越大，由此推出，位移趋于零时，平均速度并不为零。滑块通过B6O、B5O、…、B1O的位移越来越小，平均速度随之减小，但是A1O段平均速度小于B1O段速度，因此，有理由相信，它们之间存在一个中间界限量，这个量就是O点的瞬时速度。

分析：上述实验帮助学生理解了瞬时速度的概念，解释了“当位移趋于零时，平均速度是否为零”“平均速度是否有极限”的疑问。学生自己动手做实验研究是物理素养形成的过程，教学过程中，尽最大可能让学生动手，在动手的基础上，通过问题的引导，在解决问题的过程中，形成学生的物理素养。

此外，为了解决课堂实验不足的问题，教师可以通过建立家庭实验室、合作小组实验室等方式让学生有足够触摸实验仪器、体验物理方法的机会。生活中的许多废旧物品可以成为很好的实验器材，如气球、易拉罐、玩具车轮、小电动机、绳子、木板、金属片、饮料瓶、泡沫海绵、吸管、皮筋等，可以开发出一系列实验。要让物理实验在发现新事实、探索新规律、检验理论、判定理论的适用范围、测定常数、推广应用、开拓新领域等方面对学生的物理素养的形成发挥作用。

三、实验设计探究，提高创新意识——提升学生智慧

实验设计能力是一种综合能力，它能反映出学生对物理科学方法的掌握情况，是学生科学素养的综合体现。因此，在教学实践活动中，教师要通过示范的方式，逐步让学生体验实验设计的基本思想、方法与策略。物理实验设计的核心是实验原理的把握，教师要用实验原理调控学生的实验行为。从设计方法角度来看，有等效法、累积法、控制变量法、转换替代法、留迹法、放大法、缩小法、平衡法、图像法等。这些方法有时还可以综合起来使用，具体由实验目的来确定原理，然后根据原理设定相应的设计。

【案例4】楞次定律“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化”的教学实验设计

实验装置：如下表所示，轻质铝环用细绳悬挂起来，静止时，用条形磁铁的N极或S极垂直于铝环平面，沿中心轴线水平运动。

实验现象：条形磁铁的N极、S极靠近或远离铝环时，铝环将被排斥或吸引。

原理分析：根据“同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引”的原理可判断出铝环中感应电流产生的磁场的磁极方向。

实验记录：如表所示。

创新要点：可以直接根据铝环运动的情况分析出感应电流的磁场方向，进而根据“安培定则”判断出感应电流的方向。这样的设计为学生归纳“增反减同”提供了实验“脚手架”，实验现象与原理分析设计在学生认知的最近发展区内，减少了教师“启而不发”的烦恼。

【案例5】某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图5所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关S，电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M，与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间。

（1）在实验中，下列做法正确的有（ ）。

A.电路中的电源只能选用交流电源

B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方

C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度

D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时

（2）实验测得小球下落的高度H=1.980m，10个小球下落的总时间T=6.5s.可求出重力加速度g= m/s2。（结果保留2位有效数字）

（3）在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的2个办法。

（4）某学生考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差。为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明。

分析说明：（1）电路中电源的作用是为电磁铁通电，选用交流电源和直流电源都可以，故A错；实验前应将M调整到电磁铁的正下方，以便于金属球敲击弹性金属片M，故B对；用直尺测量金属球下端到M的竖直距离作为小球下落的高度，故C错；手动敲击M的同时按下秒表开始计时，故D对。

实验设计以“滴水法”测重力加速度原理为背景，在考查学生基本实验技能的同时，让学生对实验原理有了深刻理解。同时，对学生处理数据、分析误差的能力提出了较高要求。如第（1）问中选项C要求学生了解测量几何形状时是不能忽略小球下落的高度的。第（3）问“多次重复实验，结果取平均值”是减小误差的基本方法，或通过“增加小球下落的高度”，从而增加小球的下落时间，减小误差等。

物理实验不仅是学生获取物理知识、认识物理规律、形成物理概念、提高动手能力的重要途径，而且能有效培养学生的创新精神和创新能力。

综合性地设计实验可以较好地调动学生实验的积极性，增强实验效果，较好地发挥学生的创造性，培养独立工作能力，使学生有更多的动手机会，让学生在掌握实验原理和仪器使用方法的基础上，按照自己的思维去设计实验方案、组合实验仪器，然后完成某一项目的实验。实验中，学生亲身经历了设计方案、论证实施、设计图表、组合安装、排除故障、整理数据、推导结论的全过程，从中体味到了探索真理的艰辛和成功的乐趣，领略到了实验科学的独特魅力，同时也可验证自己的设想是否正确，提高了学生实验能力以及分析、解决实际问题的能力。

物理实验不仅能激发学生的学习积极性，还有助于培养学生科学的态度和观察、分析问题的能力，以便培养出一批适应现代化科学技术迅猛发展的高素质人才。

物理实验还能帮助学生获得系统性的物理基本知识、基本方法和基本技能，培养学生严肃的科学态度、严谨的科学作风、严格的科学方法，以及提出问题、分析问题和解决问题的能力，从而全面提高学生的整体素养。

【参考文献】

[1]安忠，刘炳昇.中学物理实验教学研究[M].北京：高等教育出版社，1986.

[2]徐卫华.见微知著别有洞天[J].物理教师，2013（10）.

[3]欧剑雄.高中物理的创新设计[J].物理教学，2013（11）.

（作者单位：南京化学工业园区教师发展中心）

【案例3】瞬时速度概念的建立

器材：气垫导轨、光电门、计时器、刻度尺

任务：测量滑块经过O点时的速度

操作：如图4（a）所示气垫导轨倾斜放置，使滑块从固定高度下滑。在O点[图4（b）所示]装上光电门S1，在O点沿斜面向上的方向上，每隔一定距离取一点A1、A2、…、A6；将第二个光电门S2按序号放在A6、A5、…、A1各点，用计时器逐次测量出滑块通过A6O、A5O、…、A1O的时间，计算各次的平均速度，得到相应的数据。再在O点沿斜面向下的方向上，按一定的距离取B1、B2、…、B6，将第二个光电门S2按序号放在B6、B5、…、B1各点，测出滑块通过B6O、B5O、…、B1O的时间，计算各次的平均速度，得到相应的数据。

研究：分析O点上方各点的测量数据，发现滑块通过A6O、A5O、…、A1O时的位移越来越小，平均速度却越来越大，由此推出，位移趋于零时，平均速度并不为零。滑块通过B6O、B5O、…、B1O的位移越来越小，平均速度随之减小，但是A1O段平均速度小于B1O段速度，因此，有理由相信，它们之间存在一个中间界限量，这个量就是O点的瞬时速度。

分析：上述实验帮助学生理解了瞬时速度的概念，解释了“当位移趋于零时，平均速度是否为零”“平均速度是否有极限”的疑问。学生自己动手做实验研究是物理素养形成的过程，教学过程中，尽最大可能让学生动手，在动手的基础上，通过问题的引导，在解决问题的过程中，形成学生的物理素养。

此外，为了解决课堂实验不足的问题，教师可以通过建立家庭实验室、合作小组实验室等方式让学生有足够触摸实验仪器、体验物理方法的机会。生活中的许多废旧物品可以成为很好的实验器材，如气球、易拉罐、玩具车轮、小电动机、绳子、木板、金属片、饮料瓶、泡沫海绵、吸管、皮筋等，可以开发出一系列实验。要让物理实验在发现新事实、探索新规律、检验理论、判定理论的适用范围、测定常数、推广应用、开拓新领域等方面对学生的物理素养的形成发挥作用。

三、实验设计探究，提高创新意识——提升学生智慧

实验设计能力是一种综合能力，它能反映出学生对物理科学方法的掌握情况，是学生科学素养的综合体现。因此，在教学实践活动中，教师要通过示范的方式，逐步让学生体验实验设计的基本思想、方法与策略。物理实验设计的核心是实验原理的把握，教师要用实验原理调控学生的实验行为。从设计方法角度来看，有等效法、累积法、控制变量法、转换替代法、留迹法、放大法、缩小法、平衡法、图像法等。这些方法有时还可以综合起来使用，具体由实验目的来确定原理，然后根据原理设定相应的设计。

【案例4】楞次定律“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化”的教学实验设计

实验装置：如下表所示，轻质铝环用细绳悬挂起来，静止时，用条形磁铁的N极或S极垂直于铝环平面，沿中心轴线水平运动。

实验现象：条形磁铁的N极、S极靠近或远离铝环时，铝环将被排斥或吸引。

原理分析：根据“同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引”的原理可判断出铝环中感应电流产生的磁场的磁极方向。

实验记录：如表所示。

创新要点：可以直接根据铝环运动的情况分析出感应电流的磁场方向，进而根据“安培定则”判断出感应电流的方向。这样的设计为学生归纳“增反减同”提供了实验“脚手架”，实验现象与原理分析设计在学生认知的最近发展区内，减少了教师“启而不发”的烦恼。

【案例5】某兴趣小组利用自由落体运动测定重力加速度，实验装置如图5所示。倾斜的球槽中放有若干个小铁球，闭合开关S，电磁铁吸住第1个小球。手动敲击弹性金属片M，与触头瞬间分开，第1个小球开始下落，M迅速恢复，电磁铁又吸住第2个小球。当第1个小球撞击M时，M与触头分开，第2个小球开始下落……这样，就可测出多个小球下落的总时间。

（1）在实验中，下列做法正确的有（ ）。

A.电路中的电源只能选用交流电源

B.实验前应将M调整到电磁铁的正下方

C.用直尺测量电磁铁下端到M的竖直距离作为小球下落的高度

D.手动敲击M的同时按下秒表开始计时

（2）实验测得小球下落的高度H=1.980m，10个小球下落的总时间T=6.5s.可求出重力加速度g= m/s2。（结果保留2位有效数字）

（3）在不增加实验器材的情况下，请提出减小实验误差的2个办法。

（4）某学生考虑到电磁铁在每次断电后需要时间Δt磁性才消失，因此每个小球的实际下落时间与它的测量时间相差Δt，这导致实验误差。为此，他分别取高度H1和H2，测量n个小球下落的总时间T1和T2。他是否可以利用这两组数据消除Δt对实验结果的影响？请推导说明。

分析说明：（1）电路中电源的作用是为电磁铁通电，选用交流电源和直流电源都可以，故A错；实验前应将M调整到电磁铁的正下方，以便于金属球敲击弹性金属片M，故B对；用直尺测量金属球下端到M的竖直距离作为小球下落的高度，故C错；手动敲击M的同时按下秒表开始计时，故D对。

实验设计以“滴水法”测重力加速度原理为背景，在考查学生基本实验技能的同时，让学生对实验原理有了深刻理解。同时，对学生处理数据、分析误差的能力提出了较高要求。如第（1）问中选项C要求学生了解测量几何形状时是不能忽略小球下落的高度的。第（3）问“多次重复实验，结果取平均值”是减小误差的基本方法，或通过“增加小球下落的高度”，从而增加小球的下落时间，减小误差等。

物理实验不仅是学生获取物理知识、认识物理规律、形成物理概念、提高动手能力的重要途径，而且能有效培养学生的创新精神和创新能力。

综合性地设计实验可以较好地调动学生实验的积极性，增强实验效果，较好地发挥学生的创造性，培养独立工作能力，使学生有更多的动手机会，让学生在掌握实验原理和仪器使用方法的基础上，按照自己的思维去设计实验方案、组合实验仪器，然后完成某一项目的实验。实验中，学生亲身经历了设计方案、论证实施、设计图表、组合安装、排除故障、整理数据、推导结论的全过程，从中体味到了探索真理的艰辛和成功的乐趣，领略到了实验科学的独特魅力，同时也可验证自己的设想是否正确，提高了学生实验能力以及分析、解决实际问题的能力。

物理实验不仅能激发学生的学习积极性，还有助于培养学生科学的态度和观察、分析问题的能力，以便培养出一批适应现代化科学技术迅猛发展的高素质人才。

物理实验还能帮助学生获得系统性的物理基本知识、基本方法和基本技能，培养学生严肃的科学态度、严谨的科学作风、严格的科学方法，以及提出问题、分析问题和解决问题的能力，从而全面提高学生的整体素养。

【参考文献】

[1]安忠，刘炳昇.中学物理实验教学研究[M].北京：高等教育出版社，1986.

[2]徐卫华.见微知著别有洞天[J].物理教师，2013（10）.

[3]欧剑雄.高中物理的创新设计[J].物理教学，2013（11）.

（作者单位：南京化学工业园区教师发展中心）