普通物理实验课的学习探讨

摘 要：普通物理学实验是工科学生进入大学后受到系统实验技能训练的开端，是一系列实验训练的基础。它与理论课有着密切的联系，一方面理论课可为实验课做必要的准备，另一方面实验为后续的理论课教学提供了一些感性知识。学习物理学的基本理论时强调对物理学的基本概念、基本原理和基本规律有较全面系统的认识，而对物理实验的学习，则侧重在对实验的基本知识、基本方法和基本技能方面进行系统的训练。

关键词：物理实验；基本测量法；实验课教学

普通物理实验的基本教学内容由实验基本知识、基本实验和设计性实验组成。

实验基础知识的内容包括：物理实验的作用、任务和要求，测量误差，有效数字，数据处理方法，实验报告的格式等。其中测量误差、有效数字、数据处理方法是实验的基本理论。 这一部分的教学要点是掌握以下基本概念，明确这些基本概念的物理意义和它们之间的关系。1.真值和测量值；2.测量误差和有效数字；3.系统误差和偶然误差；4.绝对误差和相对误差。这一部分的学习重点：1.能够正确表示测量结果。2.能够运用列表法和作图法处理一般的实验数据。其中作图要求掌握用直角坐标和单对数坐标作图，并掌握简单函数改直的方法。

基本实验的教学要求：理解实验的基本原理，掌握基本仪器和量具的使用方法和注意事项：例如：米尺、游标卡尺、千分尺、物理天平、秒表、液体温度计、滑线变阻器、电流表、电位差计、电压表、读数显微镜等。了解基本实验体现的基本测量方法：比较法、交换法、替代法、补偿法、位移法等。基本实验的内容是在中学实验的基础上，循序渐进地学习物理实验知识、方法和技能，对于每一个实验，由于任务不同，要求掌握的内容也不同，但必须把实验的基础知识和误差理论的学习，始终贯彻到每个实验中。比如说，长度测量实验，除了学习常用物理量长度的简单测量和米尺、卡尺、千分尺的使用外，还要重点掌握直接测量的方法——比较法和直接测量量的误差计算与表示；密度的测定实验，除学习常用物理量质量的测量和物理天平的使用外，还要重点掌握间接测量的方法和间接测量量的误差计算与表示；单摆实验，除了学习基本物理常数g的测定和计时仪器的使用外，还要通过多次测量了解偶然误差的特点。再比如说，刚体转动实验，重点掌握作图的方法、曲线改直和分析实验过程中的系统误差等。

基本知识的学习要点：弄清仪器的读数和仪器的误差；了解实验的工作原理，并能够正确使用基本测量方法；弄清仪器的构造和各部分的作用；了解理论公式的近似如何给测量带来误差，在实验中如何保证理论公式要求的条件。例如下列实验：（1）单摆测重力加速度g。利用公式T=2π求g，在实验中应使摆角？兹很小，因为单摆的周期公式应为T=2π1+sin+……，只有当？兹=0时，才有T=2π，而摆角在实验中不能为零，所以摆角带来的系统误差总是存在的。（2）伏安法测电阻，利用公式Rx=V/I，求Rx，要求同时测准电压和电流，这在实际电路中不能做到。如果采用电流表外接，电压表的内阻Rv与待测电阻Rx并联，结果=-，只有Rv >>Rx，才有Rx=V/I近似；如果采用电流表内接，电流表的内阻 RA与Rx串联，结果RX=-RA，只有RA<

设计性实验不同于按讲义和教师讲解来完成的实验，它的主要目的是创造条件，让学生按照预定的要求自行设计实验方案并完成实验，从而得到初步的综合运用知识的训练，提高分析问题、解决问题的能力。

例如“弹簧振子的运动” 设计性实验是通过学生自己设计，由实验找出振动周期的关系式，从中学习由物理实验总结归纳物理规律的基本方法。“伏安法测电阻” 设计性实验是让学生通过实验，学习最基本的电学仪器的正确选择和使用方法，学习简单的电路设计。

设计性实验所体现的一些基本要求，比如：给出测量要求，选择应有的仪器；考虑测量电路，确定测量条件；根据实验要求，拟定实验方案等等。这些对大家掌握实验的基础知识和方法是一个检验，而且对后续课的学习有较大的帮助。当然，在我们的教学中涉及到的设计性实验应根据条件做到简单易行，只是达到初步的训练目的。

物理学本身是一门实验科学，物理实验在教学过程中，注意了自身的系统性和已有知识的运用和提高，不仅初步培养了学生的科学实验能力与素养，而且为后续的理论课教学提供了一些感性知识。有些实验需要学生具备某些理论知识，比如，间接测量量误差公式的推导、牛顿冷却定律的理解、刚体转动惯量的概念及光的干涉等。从实验入手会增加很多感性认识，对今后的理论课学习会有很大帮助。例如，在刚体转动实验中，我们可以获得转动惯量的概念，了解转动惯量与刚体的总质量、形状大小以及转轴的位置之间的关系。在光的干涉实验中，通过完成一些简单的光学实验，了解一些光干涉的现象和特点，认识干涉条纹。这些无疑对后面理论的学习都是有益的。

设计性实验与传统的按讲义完成实验不同，要求学生根据所提的实验要求，自己来考虑测量方法、测量电路、选择仪器和确定测量条件，分析实验中可能存在的系统误差并加以解决。实验中，手脑并用，才能处于主动。目前，很多院校都把开设设计性实验作为实验教学改革工作进行，并且都取得了较好地教学效果，受到了同学们的欢迎，从而得到充分的肯定。

在教学安排上，尽量考虑考虑在一个实验中，重点学习和掌握一两个问题。比如说，长度测量实验重点学习直接测量量的误差表示，密度的测定实验重点学习间接测量量的误差表示，还有刚体转动实验中的曲线改直等等。这里提到的主要是实验的基本知识，误差理论的学习等如何贯穿在整个实验课程里来学习，对于每个实验所具有的特点，这里就不一一举例了。

结束语

物理学从本质上讲是一门实验科学，实验揭示了深刻的物理规律，实验是科学的先导，实验是信息技术的基础。物理规律的发现和物理理论的建立，都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。对于工程技术人员来说，物理实验的知识和技能是必不可少的，物理实验的方法以及物理测量仪器已被广泛地运用到现代化的科学研究、生产技术领域。

参考文献

[1] 张少刚. 《谈谈电大普通物理实验课》. 电大理工，2003年第8期.

[2] 吴欣. 《普物实验的几个问题》. 电大理工，2002年第5期.

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