物理实验论文范例

1、医用物理实验教学的现状

近年来，全国各所高校大规模扩招，每所学校的入学人数每年都在增加，而学校教学设施的更新却跟不上这种速度。以我校为例，10年前我校每年的招生人数为300人左右，而如今每年的入校新生超过2000人。很多院校的实验教学出现“捉襟见肘”的现象，特别是医学院校的物理实验教学，多位学生共用一台实验仪器，甚至有的学生根本不参与实验。

2、仿真技术在医用物理实验教学中的应用及优势

2.1仿真技术改变以教师为中心的“填鸭式”教学模式

随着计算机和网络的普及，将计算机仿真实验软件放入校园网络或计算机实验室中，能使实验教学走出课堂，在时间和空间上得到延伸。由于仿真软件的可视性和可操作性，学生可以提前结合实验教科书进行预习、学习和探究，大大激发了学生探索和创新的兴趣。到上实验课时，学生不再被迫接受“填鸭式”灌输，而是主动提出问题和想法，并在实验过程中予以解决和验证。

2.2仿真技术增加了合理的实验内容

2005年，我校购买了中国科技大学的大学物理仿真实验软件，此软件包含了大量的基础物理实验，其中核磁共振、原子光谱分析、核衰变的统计等实验，解决了由于资金不足无法开设和现代医学相关的近代物理实验的问题，开阔了学生的视野，使学生进一步认识到物理学的重要性，提高了学生学习物理学的热情。除此之外，该套软件里的分光计实验、偏振光的研究等降低了光学实验调节步骤的复杂性，节约了购买昂贵光学仪器的费用。

第一篇：大学物理仿真实验教学利与弊研究

1大学物理仿真实验的优越性

1.1投资较少，占用场地小，相对灵活

随着高等院校招生规模的扩大，人均仪器设备占有量降低及教育资源明显不足的矛盾日益突出。增加实验仪器及实验场地无疑要加大资金的投入，增大了各高校的经济压力。仿真实验相对来说投资及后续追加投资都较少，且占用场地较小，较之实物实验相对灵活，便于实验课的安排与调整。

1.2不受外部因素的影响，安全性高

实物仪器在长期使用后由于元器件等的磨损老化等造成了测量误差偏大，准确度及精确度下降，维修及校准的次数和投入都要增大，且仪器的运行受外部因素（如温度、湿度、气压、光照等）的影响较大，自身稳定性降低。仿真实验则不受上述外部因素的影响，实验在程序设计者预先设定的理想状况下进行，可得到较好的实验效果，避免了实物仪器因操作不当或失误造成实验失败给学生带来的挫折感。且投入资金利用周期较长，软硬件的维护费用也较低。仿真实验具有很高的安全性，完全避免了实验自身危险性（如放射、辐射、激光、强磁场等）及实验出现意外（爆炸、爆裂、泄漏、触电等）给人带来的伤害。相比实物实验中实验品的消耗及产生的实验垃圾，仿真实验真可谓是“绿色环保”实验。

1.3利用网络平台，搭建虚拟实验室

1教师教学理念陈旧，教学方法僵化

任课教师有的满堂灌，有的满堂练，有的满堂问，单纯追求课堂气氛———假热烈，给人的印象视乎在表演作秀，没有体现学生的主体地位，忽视学生的学习兴趣培养．有的演示实验效果不明显，或没有结果，现象看不到，没有说服力．比如水沸腾实验，明明水还没有沸腾，教师就让学生站起立即说水在沸腾时有什么现象，教学效果可想而知．有的教师过分依赖仿真实验或者实验视频，一年做不了几个实验，经常利用电脑仿真代替演示学生实验，学生就没有经历动手动脑做实验的经历和体会．

2实验器材不足，有些实验没有条件做

有的学校多年不添置仪器耗材，实验器材数量明显不足，比如某校马德堡半球实验只有一套器材，平行班级有八个班，只能等一个班上完以后下一位教师才能使用，影响教学进度．有些学校在经费使用上也不愿意给实验教学上花费更多的钱财，几年甚至十几年也不添置器材，实验仪器匮乏．有的学校实验室器材虽然很多，但器材的型号数量配备很不合理，有的过多有的又太少，如某校弹簧秤量程为0～50N的数量多达100个，而量程为0～5N、0～10N的弹簧秤总共只有30个，给教学工作带来很多不便;有的学校在购置实验器材时不听取专业教师的意见和建议，领导拍脑袋想购啥器材就买回来，有的器材对初中物理实验用处不大，如适合高中教学用的有交流输出的学生电源在初中使用的时机很少．

3有些教师实验教学能力有限

可以说这是制约实验教学质量难以提高的关键，困扰着广大教师，其中存在的问题最多，也是需要我们特别引起重视的地方;比如有些演示实验操作不规范，甚至有些是错误的，有些学生实验教师不能很好地指导，发给学生实验器材后让学生自己乱动，学生想怎么用就怎么用，实验器材当成玩具，比如有的学生把砝码浸入盐水中，用量筒给水加热等，仪器损坏现象时有发生，课堂教学秩序混乱，实验效果明显降低;有些上课用语不规范，比如把溢水杯叫水桶，把烧杯叫玻璃杯，把导线叫电线等．有的教师不清楚滑动变阻器、电阻箱及电位器的适用条件，不分电路情况和实验精确度的要求任意使用，给学生一个错误的信息;有的教师不知道学生电源稳压和直流输出的特性，给学生讲在任何电路情况下可以随便使用没有区别，混淆视听．有的老师在讲授布朗运动和扩散时让学生在显微镜下观察悬浮花粉微粒或在无风情形观察空气中的烟粒、尘埃都会看到微粒的运动，墨汁撒在水中会迅速扩散，并且温度越高，运动越激烈，扩散也越快，于是老师解释到我们学生看到的微小花粉或烟粒是它们的分子在做无规则运动，墨汁扩散也是因为墨汁分子在运动等等，当解释到花粉微粒为啥会在某时刻瞬间不动时是由于水分子静止不动，试想水分子怎么能在某时刻静止不动呢?把布朗运动与扩散现象说成是同一种现象;凡此种种漏洞百出的解释都是老师没有吃透教材出现的错误;还有个别教师实验课后不打扫卫生，不整理清洗器材，不爱护公共财物，实验过程中浪费现象严重，对学生不进行良好实验品格的培养，态度情感价值观教育缺失;不重视总结得失，课后没有反思，不写实验报告、作业批改不认真．

4实验器材保管使用不当管理混乱

1传统科研中的静高压实验装置

高压按实验条件可分为动高压和静高压．动高压利用冲击波作动力获得瞬时高压，压值可高达几百万甚至几千万个大气压，同时伴随骤然升温．利用外界机械加载方式，缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体而使其内部产生很高的压力，称为静态高压．本文中涉及的高压相关的实验技术都指的是静高压范畴．现代高压科学飞速发展，从早期的活塞－圆通装置、布里奇曼对顶砧等，到现阶段世界范围内承认最为适合产生高压并且广泛应用的实验装置金刚石对顶砧．高压科学的发展一直与加压的实验装置密不可分．DAC即金刚石对顶砧高压实验装置．DAC最早模型：借助杠杆原理，把2个金刚石表面对压，结果金刚石表面之间的样品很快被压碎．这是DAC最原始的简单模型，当时最高压力达到约10GPa．后来金属垫圈的使用改变了这一现状：1个垫圈放置于2个金刚石砧之间对产生高压非常有利，同时垫圈的使用使DAC有小腔来装固体或液体样品．金刚石对顶砧的定位十分重要，因为金刚石十分易碎，工作平台必须平行而且直径吻合．约90％的钻石碎裂不是在很高的压力下发生的，而是由于操作不当或压力槽结构不佳（比如没调准线性）等造成的．使用一定强度的金属垫圈并且定位完美的DAC，才可以达到较高的压力．高压科学发展到现在，DAC高压实验技术已经趋于成熟，已经广泛应用在最前沿的高压科学实验中．

2DAC高压装置压砧方面的改进

为了得到百万大气压量级的高压，DAC装置采用金刚石作为压砧［3］．众所周知，金刚石是世界上最硬的物质，它有着莫氏硬度为10的出众性质，作为压砧无论是光学性质还是硬度都无可比拟，但是唯一的缺点就是价格昂贵，1对实验中品性良好的金刚石至少要1万元人民币．而且在科研中长期总结发现没有受过长期训练的实验操作者，在完成对金刚石压砧对中调平的过程中没有足够经验，或者不够细心的情况下，没有按要求把金刚石对顶的砧面完全调平，就很容易使金刚石在加压的过程中碎裂．但是调试金刚石完全对中与调平又是一个需要长期训练的工作．如果让学生一开始没有经验的情况下就使用金刚石进行调试，有很大概率会损伤金刚石．金刚石一旦有一点破损，就无法继续进行高压实验，而这对金刚石也就无法再利用了．如果开设了相关实验课，大量学生循环实验难免不发生此类金刚石破损的事故，而事故的成本又是巨大的．正是因为这方面原因，高压科学方面的实验一直难以走进大学近代物理实验的课堂．本文采用刚玉（氧化铝）代替金刚石作为DAC加压装置的压砧则可以很好地解决该问题．首先刚玉是由氧化铝（Al2O3）的结晶形成的宝石．掺有金属铬的刚玉颜色鲜红，一般称之为红宝石；而蓝色或没有色的刚玉，普遍都会被归入蓝宝石的类别．刚玉的莫氏硬度为9，非常接近金刚石．而且无色的白宝石也完全对光学相关测试没有影响，可以说是一种非常好的金刚石压砧的替代品，白宝石压砧如图2所示．更主要的是它的价格并不高，1对白宝石压砧的价格为800～1000元，而且可以反复利用，破损率并不高．较之金刚石的价格，白宝石压砧即经济又实惠．不过白宝石也存在问题，它能承受的压强不高，最高也只有1～2GPa．但是在近代物理实验教学中，获得这样的压力已经足够了。

3垫片的选择

传统金刚石压砧的硬度很高，与金刚石配套使用的垫片是型号为T301的钢片，其具有很好的延展性和适中的硬度．如果采用白宝石作为压砧时垫片就不能继续采用T301钢片，因为T301钢片的硬度过高，白宝石预压过程中容易损坏，难以与其搭配使用．根据该情况，找到了配合白宝石压砧使用的垫片，即铜片．铜片相对钢片的硬度更适合搭配白宝石．这里要强调如果用纯铜，硬度相对较软，应采用黄铜或磷铜片作为垫片．

4结束语

1研究对象要贴近生活

文科生通常对实验中科学研究客体的感觉是陌生的、深奥而又神秘的，甚至有距离感，实验课上其心里有抵触和畏惧情绪实属正常．本实验则提供了市面上几类常见的可发“白光”的电光源作为研究对象，包括白炽灯、护眼灯（日光灯）、家用节能灯（紧凑型荧光灯）、手电筒（LED灯）和低压汞灯，这样使得学生在实验时会对这些贴近生活的研究对象不再陌生，会感到很亲切，自然也就不再有畏难甚至抵触情绪了．

2实验内容要设计得更具趣味性而实验结果要更具直观性

2.1光谱展示与研究

电光源从传统的白炽灯、日光灯，发展到目前的LED灯、节能灯（紧凑型荧光灯）、护眼灯等．那么，这些高新科技产品的特点是什么？如何选择学习用的照明光源？接触到的光源是否环保？是否有利于身体健康？通过该实验学生就可以回答这些与生活息息相关的问题，这既能引起文科学生的学习兴趣，又能使学生学以致用，应用这些常识使其在生活中受益．仅凭肉眼，学生们只能感觉到光源的亮度和色调的不同，而利用三棱镜和分光计，通过折射对复光分解，学生们可观测到不同光源呈现的不同彩色谱线———光谱．实验中学生观测到的几种常见发白光的光源光谱．实验中看到的奇幻的、色彩斑斓的、犹如“彩虹”的实验现象，不仅引起了文科学生的浓厚学习兴趣，轻而易举地揭开了这些高科技光源的神秘面纱，也形象生动地印证了虽然几种光源都是发白光的，但所谓的白光其实是复合光，是由多种颜色的可见光按一定的强度和比例混合成，由于发光机制不同，光谱线（或谱带）的颜色和条数也不尽相同，学生看到：1）白炽灯光谱在可见光的范围内是连续谱，颜色是七色，属于热致发光，此类光谱还有太阳光、烛光灯．2）白光LED其谱为分立窄谱带，谱带只有红、绿和蓝三基色，属于固体发光．3）日光灯、节能灯和低压汞灯属于气体放电发光，由于内部封装了汞蒸气，光谱含有分立谱线．日光灯和节能灯分别采用卤磷酸钙荧光粉发光和稀土三基色荧光粉发光，后者的发光效率更高，因此也更节能．而由低压汞灯的光谱可以明显看到5条分立谱线，分别为黄、绿、青、蓝和紫色，对应的是汞原子的特征谱线．通过光谱比较，学生们可从中体会到各种光源的异同点，了解其发光机制．感兴趣的学生还可以进一步了解其他相关实验，如利用三基色LED灯进行色合成及匹配实验等．

2.2频闪展示与研究

提到光源“频闪”学生们可能觉得抽象、陌生，但如果让他们利用手机里的照相或摄像模式对准电脑显示器、台灯或电视屏幕观察，学生们会惊讶地发现这些点亮的光源是闪烁的．接下来学生们就会提出一系列问题：为什么光源会闪烁？为什么肉眼察觉不到？频闪现象对生活有什么影响？如何利用或者避免频闪现象？为了深刻体会频闪的含义，专门设计了用黑匣子观测临界闪烁频率的实验．用信号发生器驱动黑匣子里1盏LED灯发光，当频率很低时，可轻易地分辨出光源一亮一暗明显闪烁；当频率增加时，光源由粗闪变为细闪，当频率继续增大到某一数值，由于人眼的视觉暂留特性，学生感受到的不再是闪烁光，而是连续的光，这时对应的频率即为临界闪烁频率．如果提高背景光（点亮黑匣子里另一盏LED灯），会发现临界闪烁频率减小．这是因为临界闪烁频率也与一些因素（如光源照射强度、背景光颜色强度、观察者身体因素等）有关，其理论参考值为45．8Hz．通过以上简单实验，学生们就会明白普通日光灯是以频率50Hz（1s变化50次）、电压220V的正弦交流电为电源，其闪烁频率是100Hz的道理；也知道了正因为视觉暂留效应，电影（24帧／s和24次／s遮挡，传送频率为48Hz）和电视（25帧／s，采用隔行扫描，传送频率为50Hz），这些闪烁播放的图像看起来是连续的原因．

一、敏锐的观察———实验的第一步

我们特别要重视观察的过程中对学生的引导。例如课本中波的干涉特点是根据水波干涉演示实验和波的干涉示意图总结得出的，如若不加以引导，大部分学生对眼花缭乱的水波只能是走马观花看看热闹，很难从纷乱复杂的干涉条文中发现干涉的特点，以致于学生对波的干涉缺乏感性认识。因此，在演示过程中，一定要引导学生认真观察干涉图样，教师要想方设法突出实验的关键部分，或者可以向学生提一些引出重点的问题，比如水波干涉的演示实验中，我们可以问学生：亮的区域是怎么形成的？暗的区域又是怎么形成的？它们的分布有何特点？它们为什么会出现这样的分布？这样，一步一步，循序渐进总结出来的结论，在被学生接受过后才是理解透彻的，印象深刻的。

二、实事求是的科学态度———实验的前提

实事求是的科学态度是做物理实验必备的。在学生操作实验中，经常会出现一些学生由于在实验过程中的多多少少的失误，在做完实验后得不到理想结论，就开始对实验数据进行胡编乱造，以求达到与公式、定理相吻合，这样就完全悖逆了实事求是的科学观，也使实验完全失去了意义。比如在做利用单摆测量重力加速度的实验时，有些学生根本不去考虑重力加速度值的地区差异，就开始编造数据，强行使自己的结论等于9.8m/s2，而不是认真去做实验误差分析。其实由于摆线长度测量的误差，单摆周期的测量方法和计算也比较粗略等多种原因，得到实验结论有较大误差也是正常的。甚至存在个别学生由于不清楚实验原理，不了解实验步骤，在实验过程中本身就存在操作上的错误。

三、能力培养———实验的重中之重

教材中的大部分实验为验证性实验，实验原理及其操作步骤都写得非常清楚，学生只需在搞清楚实验原理的基础上，一步一步地照做，就能较好地完成实验。这样对于锻炼学生的动手能力有较大帮助，也能加强学生对物理规律的感性认识，但对于学生创新能力的培养，解决实际问题能力的提高都是不够的。为了弥补这些不足，我做了以下尝试：

1、增加探索性实验的数量和力度。除了课本上“探索弹簧的伸长量与所受拉力大小关系”的实验外，我还增加了“研究火箭的射程与哪些因素有关”“，设计测定最大静摩擦力的方法”等一系列探索性实验。

一、创设探究性实验，培养创新意识

课本中的很多章节以及教学素材都可以成为实验教学的内容．教师可以将课本知识进行发散与延伸，通过探究性实验的创设来多样化课堂教学，这是培养学生创新意识的一种良好途径．创造能力的培养需要经历一个有效的阶段，在这个过程中教师应当有意识地激发学生的创新意识，让学生具备分析问题与探究问题的能力，这些都能够为创造能力的培养打下坚实基础．同时，教师要善于在理论知识的教学中渗透实验教学，引导学生对于很多内容展开剖析，透过探究性实验的创设来不断活跃学生的思维，深化对于学生创新意识的培养与激发．例如，在讲“力的合成”时，教师可以借由探索“分力与合力”的关系进行解读性实验，让学生观察实验现象，并进行探究解读，结合实验结果、数据进行分析，从而获得对力的平行四边形定则的感性认识，结合实际生活中的常见案例和习题练习上升为理性认识，并进行创造性应用．需要注意的是，在探究性实验教学中，教师要把握好自身的定位，以引导者、启发者的身份做到顺其自然、因势利导，对学生在实验过程中展现出的创新性思维火花进行保护和鼓励，这样才能够让实验过程更好的展开，并且激发学生的创新能力．探究性实验的创设有着很重要的教学实践意义．探究性实验不仅是对于理论知识的一种有效实践，而且能够深化学生对于教学内容的理解与认知．探究性实验教学，能够激发学生的思维，培养学生的创新意识．这是学生创造能力培养的基石所在．

二、创新实验设计，培养创造性思维

要透过实验教学深化学生创造能力的培养，教师可以透过创新实验设计来实现这一教学目标，可以通过对于实验的改造与革新来激发学生的创造性思维，并且加强学生对于相关知识点的领会．物理教学进入高中阶段后学生积累的知识已经非常丰富，这个时期的学生完全具备实验创新的能力．教师要对学生的这种能力加以鼓励与激发，要激励学生大胆地进行实验创新，使学生能够借助创造性思维来加深对于很多实验过程以及知识点的领会．例如，在讲“加速度、力与质量”时，课本上限定的实验条件是水平板必须光滑，但是实际实验中，必须考虑到摩擦力的存在与作用．教师可以以此为切入点，让学生对摩擦力、拉力、合力的概念进行分析认识，验证三个物理量之间存在的关系，以实际情况中存在摩擦力为限定条件，让学生探索合理的解决办法并进行解答，配合再次实验进行验证．这个实验过程，不仅十分灵活，而且能够活跃学生的思维，让学生在交流探究中找到合适的问题解决模式．透过这个实验创新，不仅化解了理想实验条件在现实环境中无法实践的阻碍，而且能够培养学生的创造性思维．

三、自主实验设计，激发创新能力

随着学生实验能力的提高，教师可以尝试给学生布置相关的实验主题，让学生自主进行实验设计．这既是开放式实验教学的直观体现，又能够充分锻炼学生的创新实验能力．自主实验设计可以有很多不同的突破口，教师可以让学生在基础实验上进行发散与延伸，对于实验探究的问题进一步深化;教师也可以鼓励学生对于实验器材或者实验条件有所改变，在不同的情况下再来验证相关的定律或者规律是否依然成立．自主实验设计，不仅能够锻炼学生的动手能力，而且能够培养学生的思维能力与问题解决能力．对于“测量型实验”，不同的测量实验对于选用的测量工具往往有明确限定，不管是刻度尺、分析天平，还是打点计时器等．教师从这一角度进行突破，可以引导学生在实验器材与工具上进行创新．例如，要求“用一根卷尺测量一堆砂砾间的动摩擦系数”，乍一看无从下手，毕竟卷尺只能获得长度，动摩擦因素看起来不仅困难且风马牛不相及，但是不妨换个思维:动摩擦系数的获得需要建立在相对运动的基础上，结合高中物理实验中最常使用的斜面模型，可以通过逐渐增长斜面倾角使得木块在斜面上发生相对运动，由此可以联想到砂砾在斜面上慢慢滑下形成圆锥体并且不断增高直到即将发生滑动状态，此时砂砾的形态就构成一个经典的斜面模式．以这个斜面上的砂砾作为经典斜面上的木块，就能顺利获得动摩擦系数．这是非常有意义的实验创新，不仅能有效激发学生的思维，也让学生看到了物理实验的多种可能．这样的教学构成，能够培养学生的创造能力．

四、结语

【摘要】通过低成本物理实验制作，鼓励学生展开小组合作。让低成本实验成为改善物理教学环境的一种途径，在与正规实验相融合过程中，使物理课堂紧密联系生活、走向社会，在培养学生良好的自主探究能力方面发挥作用。

【关键词】初中;低成本物理实验;实施策略

在实际物理教学中，面对学校教学器材的匮乏和实验材料的短缺，很多教师对于感到无所适从，觉得无法让学生在课内课外进行物理实验活动，影响了物理课程的实施。物理学科知识具有极强的严谨性和逻辑性，许多物理课程内容更应该体现一定的教育价值。因而，物理课堂教学单单是理论教学的话，那么它并不是完善的，现如今物理理论知识教学已经不能满足学生的需求，需要教师带入生活中的现象进行模拟实验或现场实验，这样学生才会非常高效地理解物理教学内容。很多经验丰富的教师已经认识到积极鼓励学生亲自生动手操作并配合教师精心设计常常能使教学效果事半功倍。然而，由于实验器材过于贵重，很多教师甚至不敢让学生去触碰，导致物理实验课堂的理论化。现实中，一些优秀教师已经着手实践着“低成本、高效率”的教学实践，通过制作一些低成本的物理实验，利用一些生活中常见的物品作为实验材料，大大降低实验的成本，另一方面还可以提高学生的参与度，改善教学效率，养成乐于动手、勤于思考的好习惯。低成本的实验器材非常容易获得，大多数学生都可以参与。初中物理的低成本实验可以促进物理课堂教学，激发学生对物理自主探究的能力。

一、低成本实验对培养学生核心素养的作用

1．训练科学思维

初中物理实验侧重于观察实验和数据处理，综合分析和因果分析，运用比较方法和类比方法进行实验研究；运用数学比值法定义物理量，总结物理规律；物理现象和物理规律经常运用图像方法进行描述，理想化方法主要就是理想实验和理想模型等；另外，还有类比方法、等效方法和非逻辑思维方法等。例如，在浮力实验中，通过学生亲自动手操作，培养学生解决问题的能力，以及动手操作能力。这些方法在科学认识过程中起着极其重要的作用，促成物理学科科学教育的方法。

2．培养科学探究能力