第一節 化學(xué)實(shí)驗基本方法(第3課時(shí)) 一、教材分析: 蒸餾和萃取是在實(shí)際生產(chǎn)生活中有著(zhù)廣泛應用的分離和提純技術(shù),海水淡化問(wèn)題是目前解決全球淡水日益緊缺問(wèn)題的重要途徑,這為選修《化學(xué)與技術(shù)》奠定了一定的知識基礎。
萃取對于學(xué)生來(lái)說(shuō)是全新的分離和提純技術(shù),它是對溶解性規律的一個(gè)應用,其原理也在今后鹵族元素和有機物的學(xué)習中多次體現,在生活中也有多方面的應用。 本節課教學(xué)內容主要包括兩個(gè)方面:(一)、復習蒸餾的原理,掌握實(shí)驗室規范的蒸餾裝置。
這部分內容只作復習和簡(jiǎn)單的擴充;(二)、介紹萃取的原理和裝置,特別是實(shí)驗操作中的細節。這部分知識為新知識,應采用靈活多樣的教學(xué)手段由淺入深地讓學(xué)生理解和掌握。
蒸餾和萃取是高中階段的兩個(gè)基本實(shí)驗操作,學(xué)生對于相關(guān)內容及部分儀器還比較陌生,本節課的主要目的就是讓學(xué)生了解蒸餾和萃取的操作及過(guò)程,學(xué)習一些儀器的使用方法,并進(jìn)一步豐富分離提純物質(zhì)的方法和手段。 二、教學(xué)目標: 1.知識與技能 (1)體驗科學(xué)探究的過(guò)程,學(xué)習運用以實(shí)驗為基礎的實(shí)證研究方法。
(2) 知道液體混合物分離和提純的常用方法—蒸餾和萃取,能根據常見(jiàn)物質(zhì)的性質(zhì)設計分離和提純物質(zhì)的方案,并初步掌握其操作技能。 2.過(guò)程和方法 通過(guò)實(shí)際操作,來(lái)學(xué)會(huì )對混合物分離和提純的操作。
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān) (1)樹(shù)立綠色化學(xué)思想,形成環(huán)境保護的意識。 (2)能發(fā)現學(xué)習和生產(chǎn)、生活中有意義的化學(xué)問(wèn)題,并進(jìn)行實(shí)驗探究。
三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn): 重點(diǎn):蒸餾和萃取的掌握和應用 難點(diǎn):蒸餾和萃取的掌握和應用 四、學(xué)情分析: (1)在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習了簡(jiǎn)易的蒸餾操作方法,本節課將在此基礎上對規范裝置和實(shí)驗原理做深入的探討,使學(xué)生更容易接受。已經(jīng)初步了解了粗鹽提純的方法,蒸餾的簡(jiǎn)易裝置。
蒸餾則是在初中簡(jiǎn)易操作的基礎上引入使用冷凝管這一較正規的操作。 (2)萃取的引入采用學(xué)生回家做西紅柿湯并進(jìn)行觀(guān)察積極調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的主觀(guān)能動(dòng)性。
(3)學(xué)生已經(jīng)掌握了部分溶解度的相關(guān)知識,這對萃取原理的講解打下了一定的基礎。 五、教學(xué)方法:實(shí)際操作、歸納、總結等方法 六、課前準備: 1.學(xué)生的學(xué)習準備:預習課本上相關(guān)的實(shí)驗,初步把握實(shí)驗的原理和方法步驟;完成課前預習學(xué)案。
2.教師的教學(xué)準備:多媒體課件制作、實(shí)物投影儀,課前預習學(xué)案,課內探究學(xué)案。 3.教具準備:4人一組、制取蒸餾水裝置15套、50 mL分液漏斗(15)、10 mL量筒(15)、燒杯(15)、鐵架臺(含鐵圈)(15)、CCl4、碘水。
等。 七、課時(shí)安排:1課時(shí) 八、教學(xué)過(guò)程 (一)檢查預習,了解學(xué)生對已有知識的掌握程度及存在的困惑。
[復習提問(wèn)]過(guò)濾、蒸發(fā)操作及SO42-檢驗方法。 [設問(wèn)] 過(guò)濾、蒸發(fā)操作是用于固體混合物還是液體混合物的分離? [學(xué)生回答] 過(guò)濾、蒸發(fā)操作適用于固體混合物分離。
(二)情景導入,展示目標 [引言]上節課我們學(xué)習了粗鹽的提純,通過(guò)除雜質(zhì)過(guò)濾的方法得到比較純的鹽水,大家想想如果我們要把鹽水變?yōu)榈撛趺醋瞿兀? 比如說(shuō)在海邊,漁民們是怎么解決生活用水的問(wèn)題;前段時(shí)間,中央電視臺播放了鄭和下西洋的那段歷史,大家知道他們是怎么解決長(cháng)期在海上漂泊的吃水問(wèn)題嗎? [展示]海水變淡水 [引]做湯的時(shí)候,觀(guān)察過(guò)鍋蓋嗎?鍋蓋上有水珠,這水珠與湯不什么不同?為什么會(huì )有水珠?水蒸汽凝結?為什么水蒸汽會(huì )凝結成水珠? [講]湯沸騰后,水蒸汽遇溫度低的鍋蓋而凝成水珠附于鍋蓋。那么這是一個(gè)什么過(guò)程,我們在化學(xué)中應怎么稱(chēng)呼?大家想一想蒸餾是不是一種分離混合物的方法?如果是,那么是分離什么樣的混合物? [過(guò)]混合物的分離和提純除了過(guò)濾、蒸發(fā)外,還有其他很多方法,這節課,我們來(lái)學(xué)習另外兩種新方法:蒸餾和萃取 (三)合作探究,精講點(diǎn)撥 [板書(shū)](二) 蒸餾和萃取(distillation and extraction) [過(guò)]首先,讓我們利用實(shí)驗室通過(guò)蒸餾的方法除去自來(lái)水中的雜質(zhì)制取蒸餾水的實(shí)驗來(lái)學(xué)習蒸餾的過(guò)程 [板書(shū)]1、蒸餾 [引入]我們引用的自來(lái)水是純凈的水嗎?不是。
因為自來(lái)水廠(chǎng)使用了消毒劑氯對水進(jìn)行了消毒。使水中含有Cl― 。
我們可以利用加入硝酸銀溶液檢驗是否含有氯離子。 [實(shí)驗演示]自來(lái)水中加入硝酸酸化的硝酸銀溶液 [講]有明顯白色沉淀生成,證明自來(lái)水中含有氯離子。
那么,我們應該用什么方法除去自來(lái)水中的氯離子呢?能否向上一堂課中使用化學(xué)方法,加入試劑反應除去? (不能。加入試劑后會(huì )引入新的雜質(zhì),達不到我們實(shí)驗目的。
要想得到純凈水。可以使用加熱將水變?yōu)樗羝缓笤倮淠秊榧儍舻囊簯B(tài)蒸餾水。)
[小結]實(shí)驗室就是使用蒸餾的方法制取蒸餾水。 [投] (1)原理:利用互溶的液體混合物中各組分的沸點(diǎn)不同,給液體混合物加熱,使其中的某一組分變成蒸氣再冷凝成液體,從而達到分離提純的目的。
蒸餾一般用于分離沸點(diǎn)相差較大的液體混合物。(例如蒸餾含有Fe3+的水提純其中水份,蒸餾石油提純不同沸點(diǎn)的有機組分) (2)儀器:鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、蒸餾燒瓶、冷凝管、溫度計、膠塞、牛角管(尾接管)、錐形瓶、膠管 [實(shí)驗演示]實(shí)驗室制取蒸餾水 [投]。
一、比較法 將待測物理量與選做標準單位的物理量進(jìn)行比較的方法叫比較法。
如測量物體長(cháng)度,用天平稱(chēng)量質(zhì)量,用電橋測電阻等。有時(shí)光有標準量具還不夠,還需要配置比較系統,使被測量量與標準量實(shí)現比較。
如:測量金屬在某溫度下的比熱容。因為金屬的比熱容隨溫度的升高而變大,可以找一個(gè)在該溫度下比熱容的金屬材料,用比較法測,把兩者做成形狀相同的樣品,加熱到一定溫度讓其自然冷卻,作降溫曲線(xiàn)(T-t曲線(xiàn))由牛頓冷卻定律即可得解。
比較法是物理實(shí)驗中最普通、最基本的實(shí)驗方法,也是實(shí)驗設計中設計對照實(shí)驗的基礎。 二、替代法 用已知的標準量去代替未知的待測量,以保持狀態(tài)和效果相同,從而推出待測量的方法叫替代法。
如用合力替代各個(gè)分力,用總電阻替代各部分電阻,浮力替代液體對物體的各個(gè)壓力等。 三、累積法 又稱(chēng)疊加法。
將微小量累積后測量求平均的方法,能減小相對誤差。實(shí)驗中也經(jīng)常涉及這一方法。
如在《用單擺測定重力加速度》實(shí)驗中,需要測定單擺周期,用秒表測一次全振動(dòng)的時(shí)間誤差很大,于是采用測定30-50次全振動(dòng)的時(shí)間T,從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動(dòng)次數)。 四、控制法 在中學(xué)許多物理實(shí)驗中,往往存在著(zhù)多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)因素的影響。
如通過(guò)導體的電流I受到導體電阻R和它兩端電壓U的影響,在研究電流I與電阻R的關(guān)系時(shí),需要保持電壓U不變;在研究電流I與電壓U的關(guān)系時(shí),需要保持電阻R不變。 五、留跡法 有些物理現象瞬間即逝,如運動(dòng)物體所處的位置、軌跡或圖像等,用留跡法記錄下來(lái),以便從容地測量、比較和研究。
如在《測定勻變速直線(xiàn)運動(dòng)的加速度》、《驗證牛頓第不運動(dòng)定律》、《驗證機械能守恒定律》等實(shí)驗中,就是通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(chē)(或重物)在不同時(shí)刻的位置(位移)及所對應的時(shí)刻,從而可從容計算小車(chē)在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出速度;對于簡(jiǎn)諧運動(dòng),則是通過(guò)擺動(dòng)的漏斗漏出的細沙落在勻速拉動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置,從而很方便地研究簡(jiǎn)諧運動(dòng)的圖像;利用閃光照相記錄自由落體運動(dòng)的軌跡等實(shí)驗都采用了留跡法。 六、放大法 在現象、變化、待測物理量十分微小的情況下,往往采用放大法。
根據實(shí)驗的性質(zhì)和放大對象的不同,放大所使用的物理方法也各異。例如:在《測定金屬電阻率》實(shí)驗中所使用的螺旋測微器:主尺上前進(jìn)(或后退)0.5毫米,對應副尺上有5n個(gè)等分,實(shí)際上是對長(cháng)度的機械放大;許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長(cháng)的指針把通電后線(xiàn)圈的偏轉角顯示出來(lái)。
七、補償法 補償法是找一種效應與之相抵消,從而對被測物理量進(jìn)行測量的方法。由于被測量的作用在測量中被抵消,故表示標準量與被測量作用之差的儀表示數為0,所以又稱(chēng)零示法。
八、轉換法 某些物理量不容易直接測量,或某些現象直接顯示有困難,可以采取把所要觀(guān)測的變量轉換成其它變量(力、熱、聲、光、電等物理量的相互轉換)進(jìn)行間接觀(guān)察和測量,這就是轉換法。如卡文迪許《利用扭秤裝置測定萬(wàn)有引力恒量實(shí)驗》:其基本的思維方法便是等效轉換。
卡文迪許扭秤發(fā)生扭轉后,引力對T形架的扭轉力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)主的扭轉力矩這就是等效轉換,間接地達到了無(wú)法達到的目的。又如轉換法還應用于石英絲扭轉角度的測量、根據電流的熱效應來(lái)認識電流大小、根據磁場(chǎng)對磁體有力的作用來(lái)認識磁場(chǎng)等上。
轉換法是一種較高層次的思維方法,是對事物本質(zhì)深刻認識的基礎上才產(chǎn)生的一種飛躍。 九、理想化法 影響物理現象的因素往往復雜多變,實(shí)驗中常可采用忽略某些次要因素或假設一些理想條件的辦法,以突出現象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得實(shí)際情況下合理的近似結果。
如在《用單擺測定重力加速度》的實(shí)驗中(假設懸線(xiàn)不可伸長(cháng))懸點(diǎn)的摩擦和小球在擺動(dòng)過(guò)程的空氣阻力不計,在電學(xué)實(shí)驗中把電壓表變成內阻是無(wú)窮大的理想電壓表,電流表變成內阻等于0的理想電流表等實(shí)驗都采用了理想化法。 十、模型法 有時(shí)受客觀(guān)條件限制,不能對某些物理現象進(jìn)行直接實(shí)驗和測量,于是就人為地創(chuàng )造一定的模型,在模型的條件下進(jìn)行實(shí)驗。
但要求模型和原型必須具有一定的相似性。如在《電場(chǎng)中等勢線(xiàn)的描繪》實(shí)驗中,因為對靜電場(chǎng)直接測量很“困難”,故采用易測量的電流場(chǎng)來(lái)模擬。
又如在確定磁場(chǎng)中磁感線(xiàn)的分布,因為磁感線(xiàn)實(shí)際不存在。我們就用鐵屑的分布來(lái)模擬磁感線(xiàn)的存在。
如用太陽(yáng)系模型代表原子結構,用簡(jiǎn)單的線(xiàn)條代表杠桿等。以上僅是中學(xué)物理實(shí)驗中常用的方法,有時(shí)在一個(gè)實(shí)驗中同時(shí)會(huì )用到多種方法。
同時(shí),具體用運中還會(huì )遇到實(shí)驗設計的方法、實(shí)驗結果的處理方法等,在此不再贅述。
1 控制變量法:這個(gè)應該是最常見(jiàn)的實(shí)驗方法。
例如,在“探究壓強與哪些因素有關(guān)”、“探究電流與電阻的關(guān)系”、“研究弦樂(lè )器的音調與弦的松緊、長(cháng)短和粗細的關(guān)系”等實(shí)驗中都用到了該實(shí)驗方法。
2 類(lèi)比法:例如,在學(xué)習電流時(shí),為了更好地理解,與生活中熟悉的水流作類(lèi)比。
實(shí)驗+推理法:有些理論只有在理想空間里才能通過(guò)實(shí)驗得出,此時(shí),我們可以在現實(shí)條件實(shí)驗的基礎上推導出來(lái)這些理論。
例如,在初二我們學(xué)過(guò)牛頓第一定律:一切物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí),總保持靜止狀態(tài)或勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)。我們知道,物體在運動(dòng)過(guò)程中必定會(huì )受到阻力作用,但是我們通過(guò)多次實(shí)驗,可以推出這一結論。
3 描述法:例如,在生活中是不存在光線(xiàn)的,我們?yōu)榱烁玫貙W(xué)習光,才引進(jìn)了“光線(xiàn)”這一詞。
4 轉換法:例如,我們在學(xué)習“聲音是振動(dòng)產(chǎn)生的”這一知識時(shí),我們把音叉的微小振動(dòng)轉換為乒乓球的擺動(dòng)。使實(shí)驗現象更為明顯。
5 模型法:我們在學(xué)習原子結構時(shí),為了更好地認識原子的內部結構,用太陽(yáng)系模型代表原子結構。
擴展資料:
物理實(shí)驗是初高中階段物理課程中包含的相關(guān)實(shí)驗,包括電學(xué)實(shí)驗、力學(xué)實(shí)驗、熱學(xué)實(shí)驗、光學(xué)實(shí)驗等等,常用于驗證物理學(xué)科的定理定律。
實(shí)驗物理是相對于理論物理而言,理論物理是從理論上探索自然界未知的物質(zhì)結構、相互作用和物質(zhì)運動(dòng)的基本規律的學(xué)科。
理論物理的研究領(lǐng)域涉及粒子物理與原子核物理、統計物理、凝聚態(tài)物理、宇宙學(xué)等,幾乎包括物理學(xué)所有分支的基本理論問(wèn)題。而實(shí)驗物理主要是從實(shí)驗上來(lái)探索物質(zhì)世界和自然規律。
實(shí)驗室使用守則
1、為保護實(shí)驗儀器和保持環(huán)境衛生,學(xué)生必須脫鞋進(jìn)入實(shí)驗室。
2、實(shí)驗室是全校師生進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)和科研活動(dòng)的場(chǎng)所,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗室后要保持肅靜,遵守紀律。
3、做實(shí)驗前,認真聽(tīng)教師講解實(shí)驗目的、步驟、儀器的性能操作、方法和注意事項,認真檢查所需儀器設備是否完好齊全,如有缺損要及時(shí)向教師報告。
4、實(shí)驗時(shí)要遵守操作規程,按照實(shí)驗步驟認真操作。
5、實(shí)驗時(shí)要注意安全,防止意外發(fā)生。
6、愛(ài)護實(shí)驗室儀器設備。
7、實(shí)驗完畢要認真清理儀器設備,關(guān)閉水源電源。
性質(zhì)
1.真理性:物理學(xué)的理論和實(shí)驗揭示了自然界的奧秘,反映出物質(zhì)運動(dòng)的客觀(guān)規律。
2.和諧統一性:神秘的太空中天體的運動(dòng),在開(kāi)普勒三定律的描繪下,顯出多么的和諧有序。物理學(xué)上的幾次大統一,也顯示出美的感覺(jué)。牛頓用三大定律和萬(wàn)有引力定律把天上和地上所有宏觀(guān)物體統一了。
麥克斯韋電磁理論的建立,又使電和磁實(shí)現了統一。愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程又把質(zhì)量和能量建立了統一。光的波粒二象性理論把粒子性、波動(dòng)性實(shí)現了統一。愛(ài)因斯坦的相對論又把時(shí)間、空間統一了。
3.簡(jiǎn)潔性:物理規律的數學(xué)語(yǔ)言,體現了物理的簡(jiǎn)潔明快性。如:牛頓第二定律,愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程,法拉第電磁感應定律。
4.對稱(chēng)性:對稱(chēng)一般指物體形狀的對稱(chēng)性,深層次的對稱(chēng)表現為事物發(fā)展變化或客觀(guān)規律的對稱(chēng)性。如:物理學(xué)中各種晶體的空間點(diǎn)陣結構具有高度的對稱(chēng)性。豎直上拋運動(dòng)、簡(jiǎn)諧運動(dòng)、波動(dòng)鏡像對稱(chēng)、磁電對稱(chēng)、作用力與反作用力對稱(chēng)、正粒子和反粒子、正物質(zhì)和反物質(zhì)、正電和負電等。
5.預測性:正確的物理理論,不僅能解釋當時(shí)已發(fā)現的物理現象,更能預測當時(shí)無(wú)法探測到的物理現象。例如麥克斯韋電磁理論預測電磁波存在,盧瑟福預言中子的存在,菲涅爾的衍射理論預言圓盤(pán)衍射中央有泊松亮斑,狄拉克預言電子的存在。
6.精巧性:物理實(shí)驗具有精巧性,設計方法的巧妙,使得物理現象更加明顯。
參考資料:搜狗百科——物理實(shí)驗
物理方法既是科學(xué)家研究問(wèn)題的方法,也是學(xué)生在學(xué)習物理中常用的方法,新課標也要求學(xué)生掌握一些探究問(wèn)題的物理方法。
常見(jiàn)的物理方法
模型法 即將抽象的物理現象用簡(jiǎn)單易懂的具體模型表示。如用太陽(yáng)系模型代表原子結構,用簡(jiǎn)單的線(xiàn)條代表杠桿等。
疊加法 物理學(xué)中常常把微小的、不易測量的同一物理量疊加起來(lái),測量后求平均值的方法俗稱(chēng)“疊加法”如用厘米刻度尺一張紙的厚度、銅絲的直徑等。
控制變量法 自然界發(fā)生的各種現象,往往是錯綜復雜的。決定某一個(gè)現象的產(chǎn)生和變化的因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規律,必須設法把其中的一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來(lái),使它保持不變,然后來(lái)比較,研究其他兩個(gè)變量之間的關(guān)系,這種研究問(wèn)題的科學(xué)方法就是“控制變量法”。初中物理實(shí)驗大多都用到了這種方法,如通過(guò)導體的電流I受到導體電阻R和它兩端電壓U的影響,在研究電流I與電阻R的關(guān)系時(shí),需要保持電壓U不變;在研究電流I與電壓U的關(guān)系時(shí),需要保持電阻R不變。
實(shí)驗+推理法 有一些物理現象,由于受實(shí)驗條件所限,無(wú)法直接驗證,需要我們先進(jìn)行實(shí)驗,再進(jìn)行合理推理得出正確結論,這也是一種常用的科學(xué)方法。如將一只鬧鐘放在密封的玻璃罩內,當罩內空氣被抽走時(shí),鐘聲變小,由此推理出:真空不能傳聲;再如牛頓第一定律推導
轉換法 一些看不見(jiàn),摸不著(zhù)的物理現象,不好直接認識它,我們常根據它們表現出來(lái)的看的見(jiàn)、摸的著(zhù)的現象來(lái)間接認識它們。如根據電流的熱效應來(lái)認識電流大小,根據磁場(chǎng)對磁體有力的作用來(lái)認識磁場(chǎng)等。
等效法 在研究物理問(wèn)題時(shí),有時(shí)為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化,常用一個(gè)物理量來(lái)代替其他所有物理量,但不會(huì )改變物理效果。如用合力替代各個(gè)分力,用總電阻替代各部分電阻,浮力替代液體對物體的各個(gè)壓力等。
描述法 為了研究問(wèn)題的方便,我們常用線(xiàn)條等手段來(lái)描述各種看不見(jiàn)的現象。如用光線(xiàn)來(lái)描述光,用磁感線(xiàn)來(lái)描述磁場(chǎng),用力的圖示描述力等。
類(lèi)比法 在認識一些物理概念時(shí),我們常將它與生活中熟悉且有共同特點(diǎn)的現象進(jìn)行類(lèi)比,以幫助我們理解它。如認識電流大小時(shí),用水流進(jìn)行類(lèi)比。認識電壓時(shí),用水壓進(jìn)行類(lèi)比。
物理學(xué)中部分研究方法試題歸納:一.對比(比較法):尋找幾個(gè)事物共同點(diǎn)或不同點(diǎn)的研究方法叫對比,這是一種常用的研究方法。
例研究不同色光混合及不同顏料混合;研究蒸發(fā)和沸騰的相同點(diǎn)和不同點(diǎn);研究凸透鏡和凹透鏡的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。在研究蒸發(fā)快慢的決定因素時(shí),在應用控制變量的同時(shí),也采用了對比的方法,比較哪一個(gè)蒸發(fā)快。
例1:下面是小宇同學(xué)在物理學(xué)習中的幾個(gè)研究實(shí)例: (1)在學(xué)習汽化現象時(shí),研究蒸發(fā)與沸騰的異同點(diǎn) (2)根據熔化過(guò)程的不同,將固體分為晶體和非晶體兩類(lèi) (3)比較電流表與電壓表在使用過(guò)程中的相同點(diǎn)與不同點(diǎn) (4)在研究磁場(chǎng)時(shí),引入磁感線(xiàn)對磁場(chǎng)進(jìn)行描述 上述幾個(gè)實(shí)例中,采用的主要科學(xué)研究方法是“比較法”的為( )。 A.(1)、(3) B.(3)、(4) C.(2)、(3) D.(2)、(4)二.控制變量法當研究的一個(gè)物理量與2個(gè)或2個(gè)以上的其它物理量有關(guān)時(shí),常采用只改變一個(gè)物理量,而使其余物理量保持不變,從而得出被研究物理量和改變量的關(guān)系。
如研究蒸發(fā)快慢決定因素;摩擦力大小決定因素;研究壓強和壓力、受力面積的關(guān)系;液體壓強和液體密度、深度的關(guān)系;浮力大小的決定因素。動(dòng)能大小和物體質(zhì)量、速度的關(guān)系;重力勢能大小和質(zhì)量、舉高高度的關(guān)系;物體吸熱多少和物質(zhì)種類(lèi)、質(zhì)量、升高溫度三者之間的關(guān)系;電流和電壓及電阻之間的關(guān)系;電功和電流、電壓、及通電時(shí)間的關(guān)系。
例2中:①滑動(dòng)摩擦力大小跟哪些物理量有關(guān) ②牛頓在伽利略等人的基礎上得出牛頓第一定律③電流產(chǎn)生的熱量與哪些因數有關(guān)④研究磁場(chǎng)時(shí),引入磁感線(xiàn)應用“控制變量法”進(jìn)行研究的是( )A.①和③ B.①和② C.②和④ D.③和④三.等效替代法根據作用效果相同的原理,作用在同一物體上的兩個(gè)力,我們可以用一個(gè)合力來(lái)代替它。這種“等效方法”是物理學(xué)中常用的研究方法之一,它可使我們將研究的問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。
例3:以下幾種情況中,屬于這種“等效方法”的是( )A.在研究磁現象時(shí).用磁感線(xiàn)來(lái)描述看不見(jiàn)、摸不著(zhù)的磁場(chǎng)B.在研究電現象時(shí),用電流產(chǎn)生的磁效應來(lái)研究看不見(jiàn),摸不著(zhù)的電流C.兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí),可用并聯(lián)的總電阻來(lái)代替兩個(gè)電阻D.在研究電流的變化規律時(shí),用水壓和水流來(lái)類(lèi)比電壓和電流例4:將一個(gè)7Ω的電阻替換某支路中2Ω和5Ω串聯(lián)的電阻,在其他條件不變時(shí),該條支路中電流不變,說(shuō)明一個(gè)7Ω的電阻與阻值為2Ω和5Ω串聯(lián)的電阻對電流的阻礙作用是等效的,因此可用7Ω的電阻替代2Ω和5Ω串聯(lián)的電阻。在用如圖8所示電路測量未知電阻的實(shí)驗中,用的就是等效替代法。
其中Rx只是待測電阻(阻值大約幾百歐),R是滑動(dòng)變阻器,R0是電阻箱(電阻箱的最大電阻大于Rx)。 請根據實(shí)驗電路圖把下列主要實(shí)驗步驟中的空白填齊。
①按電路圖連好電路,并將電阻箱R0的阻值調至最大。②閉合開(kāi)關(guān)S1前,滑片P置于 端(填“a”或“b”)。
③閉合開(kāi)關(guān)S1。④閉合開(kāi)關(guān) ,調節滑片戶(hù),使電流表指針指在適當的位置,記下此時(shí)電流表的示數I。
⑤先斷開(kāi)開(kāi)關(guān)______,再閉合開(kāi)關(guān)______,保持______的電阻不變.調節______,使電流表的示數仍為I。⑥實(shí)驗結果,待測電阻Rx的大小為 。
四.實(shí)驗推理法(理想化實(shí)驗)人們常用推理的方法研究物理問(wèn)題。在研究物體運動(dòng)狀態(tài)與力的關(guān)系時(shí),伽利略通過(guò)如圖(甲)所示的實(shí)驗和對實(shí)驗結果的推理得到如下結論:運動(dòng)著(zhù)的物體,如果不受外力作用,它的速度將保持不變,并且一直運動(dòng)下去。
推理的方法同樣可以用在“研究聲音的傳播”實(shí)驗中。如圖(乙)所示的實(shí)驗中,現有的抽氣設備總是很難將玻璃罩內抽成真空狀態(tài),在這種情況下,你是怎樣通過(guò)實(shí)驗現象推理得出“聲音不能在真空中傳播”這下結論的?例5:在研究真空能否傳聲的時(shí)候,把鬧鐘放在玻璃罩內,用抽所機逐漸抽出罩內空氣,聽(tīng)到鈴聲逐漸減小,實(shí)驗中無(wú)法達到絕對真空,但可以通過(guò)鈴聲的變化趨勢,推測出聲音不能在真空中傳播,這種方法稱(chēng)為“理想化實(shí)驗”。
英國的物理學(xué)家牛頓曾經(jīng)研究過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題:從高山上用不同的水平速度拋出物體,拋出速度大,落地就離山腳越遠,當速度越來(lái)越大時(shí),物體將如何運動(dòng)呢?當時(shí)他無(wú)法使物體達到很大的速度,但他通過(guò)科學(xué)的推測得出了一個(gè)重要的結論。請你根據以上提示及牛頓當年所繪制的草圖推測出這個(gè)結論: 。
現代科技領(lǐng)域中應用這個(gè)結論制成了: 。伽利略等人利用相似的推理方法對力和運動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了研究,牛頓在此基礎上總結出了著(zhù)名的 定律。
五.轉換法對于看不見(jiàn),摸不著(zhù)的東西或不易直接觀(guān)察認識的問(wèn)題,我們可以通過(guò)它所產(chǎn)生的作用或其他途徑來(lái)認識它,這是物理學(xué)中常用的一種方法—轉換法 例6:聲音是由發(fā)聲體振動(dòng)產(chǎn)生的,有些發(fā)聲體的振動(dòng)是人眼不易觀(guān)察的,如用手敲打桌面時(shí)聽(tīng)到了聲音,但看不到桌面的振動(dòng),對于這種問(wèn)題該采用什么方法來(lái)解決呢?答:例7:下面幾個(gè)研究實(shí)例,其中運用的方法跟運用電流通過(guò)導體產(chǎn)生的效應的大小來(lái)研究電流大小這種方法相同的是( )A研究動(dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān);B人們認識自然界只有兩種電荷C用擴散現象認識分子的運動(dòng)例8:愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò):“磁場(chǎng)大物理學(xué)家看來(lái)正如他坐的。
一、控制變量法 指在物理實(shí)驗中往往存在著(zhù)多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)因素的影響。
是在初中物理實(shí)驗中用的最多的研究方法,如研究影響蒸發(fā)快慢的因素實(shí)驗;探究電流與電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗;探究電阻與那些因素有關(guān)的實(shí)驗?;探究動(dòng)能、重力勢能與那些因素有關(guān)的實(shí)驗; 最典型的例子是高中《驗證牛頓第二運動(dòng)定律》的實(shí)驗,我們研究的方法是:先保持物體的質(zhì)量一定,研究加速度與力的關(guān)系,再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體質(zhì)量之間的關(guān)系。 二、累積法 將微小量累積后測量求平均的方法,能減小相對誤差。
實(shí)驗中也經(jīng)常涉及這一方法。例如,測一張紙的厚度可測100張紙的厚度再求一張紙的厚度;在《用單擺測定重力加速度》實(shí)驗中,需要測定單擺周期,用秒表測一次全振動(dòng)的時(shí)間誤差很大,于是采用測量30-50次全振動(dòng)的時(shí)間T,從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動(dòng)次數)。
又如在《測定金屬電阻率》的實(shí)驗中,若沒(méi)有螺旋測微器時(shí),也可把金屬在鉛筆上密繞若干圈,由線(xiàn)圈總長(cháng)度來(lái)測出金屬絲的直徑。 三、轉換法 某些物理量不容易直接測量,或某些現象直接顯示有困難,可以采取把所要觀(guān)測的變量轉換成其它變量(力、熱、聲、光、電等物理量)的相互轉換進(jìn)行間接觀(guān)察和測量,這就是轉換法,如磁鐵的磁性強弱可以通過(guò)吸引大頭針的多少來(lái)見(jiàn)接顯示;風(fēng)力的大小可以通過(guò)樹(shù)的彎曲成程度來(lái)觀(guān)察;又如卡文迪許《利用扭秤裝置測定萬(wàn)有引力恒量實(shí)驗》為例:其基本的思維方法便是等效轉換。
卡文迪許扭秤發(fā)生扭轉后,引力對T 形架的扭轉力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)主的扭轉力矩這就是等效轉換,間接地達到了無(wú)法達到的目的。本實(shí)驗中轉換法還應用于石英絲扭轉角度的測量上,這個(gè)角度不是直接測出的,而是利用平面鏡反射光在刻度尺上移動(dòng)的距離間接測出的。
轉換法是一種較高層次的思維方法。是對事物本質(zhì)深刻認識的基礎上才產(chǎn)生的一種飛躍。
如變曲為直實(shí)際上就是該方法的應用。理想化法:影響物理現象的因素往往復雜多變,實(shí)驗中常可采用忽略某些次要因素或假設一些理想條件的辦法,以突出現象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得實(shí)際情況下合理的近似結果(通俗他說(shuō)就是抓大放小)。
例如在《用單擺測定重力加速度》的實(shí)驗中,假設懸線(xiàn)不可伸長(cháng),懸點(diǎn)的摩擦和小球在擺動(dòng)過(guò)程的空氣阻力不計;在電學(xué)實(shí)驗中把電壓表變成內阻是無(wú)窮大的理想電壓表,電流表變成內阻等于0的理想電流表等等實(shí)際都采用了理想化法。 四、放大法 在現象、變化、待測物理量十分微小的情況下,往往采用放大法。
根據實(shí)驗的性質(zhì)和放大對象的不同,放大所使用的物理方法也各異。例如,在《測定金屬電阻率》實(shí)驗中所便用的螺旋測微器,主尺上前進(jìn)(或后退)0.5毫米,對應副尺上有5n個(gè)等分,實(shí)際上是對長(cháng)度的機械放大;許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長(cháng)的指針把通電后線(xiàn)圈的偏轉角顯示出來(lái)。
又比如在《卡文迪許扭實(shí)驗》,其測定萬(wàn)有引力恒量的思路最后轉移到光點(diǎn)的移動(dòng)(跟“庫侖靜電力扭枰實(shí)驗一樣),都是將微小形變放大方法的具體應用。 五、平衡法 物理學(xué)中常常利用一個(gè)量的作用與另一個(gè)(或幾個(gè))量的作用相同、相當或相反來(lái)設計實(shí)驗,制作儀器,進(jìn)行測量。
例如測量中的基本工具彈簧秤的設計是利用了力的平衡,天平的設計是根據力矩的平衡;溫度計是利用了熱的平衡。 六、留跡法 有些物理現象瞬間即逝,如運動(dòng)物體所處的位置,軌跡或圖像等,設法記錄下來(lái),以便從容地測量、比較和研究。
例如:在《測定勻變速直線(xiàn)運動(dòng)的加速度》、《驗證牛頓第二運動(dòng)定律》、《驗證機械能守恒定律》等實(shí)驗中,就是通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(chē)(或重物)在不同時(shí)刻的位置,(位移)及所對應的時(shí)刻,從而可從容計算小車(chē)在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出加速度;對于簡(jiǎn)諧運動(dòng),則是通過(guò)擺動(dòng)的漏斗漏出的細沙落在勻速拉動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置,從而很方便地研究簡(jiǎn)諧運動(dòng)的圖像;又如利用閃光照相記錄自由落體運動(dòng)的軌跡等實(shí)際。都采用了留跡法。
七、模擬法 有時(shí)受客觀(guān)條件限制,不能對某些物理現象送行直接實(shí)驗和測量,于是就人為地創(chuàng )造一定的模擬條件,在這樣模擬的條件下進(jìn)行實(shí)驗。例如在《電場(chǎng)中等勢線(xiàn)的描繪》實(shí)驗中,因為對靜電場(chǎng)直接測量很困難,故采用易測量的電流場(chǎng)來(lái)模擬。
又如在確定磁場(chǎng)中磁感線(xiàn)的分布,因為磁感線(xiàn)實(shí)際不存在。我們就用鐵屑的分布來(lái)模擬磁感線(xiàn)的存在。
此外在中學(xué)物理實(shí)驗中還有比較法、替代法、補償法等。物理作為一門(mén)建立在實(shí)驗基礎之上的學(xué)科,由于中考和高考內容日趨拓寬,知識交叉部分(特別實(shí)行理綜考試)越來(lái)越多,能力要求也就更加突出。
所以迫切需要摒棄“實(shí)驗無(wú)關(guān)緊要”、“講比做好”等錯誤觀(guān)念,認真領(lǐng)悟實(shí)驗中的研究方法,只有這樣,才能切實(shí)抓好實(shí)驗教學(xué)工作,另外對學(xué)生整體物理水平的提高有極大的幫助。所以,我們在平時(shí)的教學(xué)中一定要重視物理實(shí)驗的研究方法,加強對學(xué)生的引導,使他們真正領(lǐng)會(huì )物理實(shí)驗方法。
第一單元科學(xué)實(shí)驗 1、會(huì )用1個(gè)小燈泡、一個(gè)小燈座、2根導線(xiàn)、1個(gè)電池盒和1節電池組成電路.2、會(huì )用電路檢測器檢測有故障的電路.3、會(huì )檢測身邊的物體是否是導體.4、會(huì )用不同的方法連接電路,并比較串聯(lián)與并聯(lián)電路在連接方法上的本質(zhì)不同.5、會(huì )畫(huà)簡(jiǎn)單電路圖,并且會(huì )用串聯(lián)和并聯(lián)兩種不同方法連接電路.第二單元實(shí)驗探究1、能夠指出油菜花的各部分的名稱(chēng).2、能夠指出花的各部分名稱(chēng).3、能夠指出雄蕊和雌蕊各部分的名稱(chēng).4、能夠指出種子內部結構各部分名稱(chēng).5、能夠指出雞蛋的各部分名稱(chēng).第三單元實(shí)驗探究題1、設計實(shí)驗研究:溫度對霉菌的生長(cháng)速度有什么影響.2、設計一份營(yíng)養晚餐.第四單元實(shí)驗探究1、能夠將巖石名稱(chēng)和巖石特征一一對應起來(lái).2、能夠將礦物名稱(chēng)和礦物特征一一對應起來(lái)。
一、觀(guān)察法
物理是一門(mén)以觀(guān)察、實(shí)驗為基礎的學(xué)科。人們的許多物理知識是通過(guò)觀(guān)察和
實(shí)驗認真地總結和思索得來(lái)的。著(zhù)名的馬德堡半球實(shí)驗,證明了大氣壓強的存
在。在教學(xué)中,可以根據教材中的實(shí)驗,如長(cháng)度、時(shí)間、溫度、質(zhì)量、密度、力、
電流、電壓等物理量的測量實(shí)驗中,要求學(xué)生認真細致的觀(guān)察,進(jìn)行規范的實(shí)驗
操作,得到準確的實(shí)驗結果,養成良好的實(shí)驗習慣,培養實(shí)驗技能。大部分均利
用的是觀(guān)察法。觀(guān)察是學(xué)習物理最基本的方法,是科學(xué)歸納的必要條件, 學(xué)生對學(xué)習活動(dòng)的外部表現進(jìn)行有目的、有計劃的觀(guān)察、記錄, 能夠為物理概念的形成、
物理知識
的理解、物理規律的探究提供信息和依據。常用觀(guān)察方法有:
1.
觀(guān)察重點(diǎn)
,
排除無(wú)關(guān)因素的干擾。如做氣體膨脹對外做功的實(shí)驗時(shí)
,
學(xué)生
只聽(tīng)到
“嘭”
的一聲
,
看到瓶塞跳得很高
,
對真正需要看的現象———塑料瓶口
出現的酒精煙霧卻視而不見(jiàn)
,
這就需要教師及時(shí)交待
,
提醒學(xué)生
,
然后再進(jìn)行
分析。
2.
前后對比觀(guān)察
,
抓住因果關(guān)系。
如學(xué)習密度一節時(shí)
,
我首先讓學(xué)生區分銅
塊、鐵塊、鋁塊、石塊、酒精、水等物體
,
通過(guò)觀(guān)察它們的顏色、狀態(tài)、軟硬來(lái)
辨認。
然后出示用紙包住的相同體積的銅塊、
鐵塊、
鋁塊
,
怎樣區分它們
?
學(xué)生
通過(guò)實(shí)驗發(fā)現
,
它們的質(zhì)量不同
,
因而得出相同體積的物體質(zhì)量不同
,
也是物
質(zhì)的一種特性
,
從而引入密度概念。
3.
正、
反對比觀(guān)察
,
深化認識。
在指導學(xué)生觀(guān)察時(shí)
,
多采用一些正反對比的
方法
,
可以加深學(xué)生理解知識
,
拓寬思路。如探究聲音的產(chǎn)生
,
即無(wú)聲又有聲;
探究沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系時(shí)
,
即增大氣壓
,
沸點(diǎn)升高
,
減小氣壓
,
沸點(diǎn)降低。
二、控制變量法
控制變量法是指一個(gè)物理量與多個(gè)物理量有關(guān)
,
把多因素的問(wèn)題變成多個(gè)
單因素的問(wèn)題
,
分別加以研究
,
最后再綜合解決。
利用控制變量法研究物理問(wèn)題
,
有利于扭轉
“重結論、
輕過(guò)程”
的傾向
,
有利于培養學(xué)生的科學(xué)素養
,
使學(xué)生學(xué)
會(huì )學(xué)習。
如導體中的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻都有關(guān)系
,
研究導體中
的電流跟這段導體兩端的電壓時(shí)
,
控制導體的電阻不變
,
改變導體兩端電壓
,
看導體中電流的變化
,
通過(guò)學(xué)生實(shí)驗
,
得出歐姆定律
I=U/R
另外
,
研究導體的
電阻大小、滑動(dòng)摩擦力的大小、液體壓強的大小、浮力大小、動(dòng)能和重力勢能大
小、電流的熱量的大小、壓力的作用效果、滑輪組的機械效率、電磁鐵的磁性強
弱、產(chǎn)生感應電流方向也都用到了控制變量法。
聲明:本網(wǎng)站尊重并保護知識產(chǎn)權,根據《信息網(wǎng)絡(luò )傳播權保護條例》,如果我們轉載的作品侵犯了您的權利,請在一個(gè)月內通知我們,我們會(huì )及時(shí)刪除。
蜀ICP備2020033479號-4 Copyright ? 2016 學(xué)習?shū)B(niǎo). 頁(yè)面生成時(shí)間:3.052秒