物理实验设计论文

小编精心整理了《物理实验设计论文(精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。摘要：在新的教育理念的影响下，要培养学生的主体思维、注重动手实践和锻炼自身探究能力，用辨证的思想思考问题、提出问题，尤其在高中物理教学中运用物理实验对学生的逻辑性和对科学的探索至关重要。

第一篇：物理实验设计论文

物理教学实验的设计方法

摘要：实验设计在实验教学中起着重要作用，设计是做好教学实验的保证。中学物理教学实验设计的方法有模拟法、比较法、平衡法、放大法、转换法、图像法、极限法、理想化方法等。

关键词：物理教学;实验设计;实验方法

物理学是一门以实验为基础的学科，实验是物理学最基本、最重要的研究方法。在中学物理教学的过程中加强实验教学，不仅是向学生传授科学知识的需要，而且是对学生进行实验技能训练、培养学生科学思维能力、使学生掌握科学研究方法、全面发展学生素质的需要。然而，多年来实验教学仍是一个薄弱环节。一方面，有些学校具备一定的实验条件，但实验教学未受到足够的重视;另一方面，有些学校想开展实验教学，却苦于缺乏实验设备。不论是哪种情况，要想开展好物理实验教学，都应当先做好两件事情：一是端正实验教学态度;二是做好教学实验设计。态度是做好实验教学工作的前提，设计是做好教学实验的保证。一个实验往往有多种不同的方法和手段来实现，“坛坛罐罐当器材、拼拼凑凑做实验”、“科学就在身边、实验就在手中”也说明了这个道理。利用现有实验器材或者再添置、开发一些器材，经过精心设计，也可以很好地完成实验教学任务。可见，实验设计在实验教学中起着重要作用。中学物理教学实验设计的方法有很多种，可将其归纳为以下类别：

1 模拟法：也叫再现法，就是抓住事物的本质特征，模拟自然现象发生的条件，在实验室里重现自然物理现象和过程，从而揭示物理规律的一种实验设计方法。

例如：用棱镜对光进行色散可以模拟彩虹;自然界海市蜃楼的景象持续的时间短促、转瞬即逝，利用人工方法模拟海市蜃楼，把大自然的壮观幻景再现出来，使人能较长时间观察与研究这种现象，并由此揭示其形成机制就是光在非均匀媒质中传播时光线弯曲所产生的景象;模拟法测绘静电场，是用电流场模拟静电场，且它与原静电场的分布完全一样，当用探针去测模拟场时，它不受干扰，因此可以通过测量模拟场而间接地达到测量静电场的目的。2 比较法：比较法是通过实验对一些物理现象或物理量的对照比较和分析研究，达到异中求同或同中求异的目的，以揭示所研究事物的某种性质或规律的一种实验设计方法。比较可以采取横向对比和纵向对比。横向对比一般是把研究对象分为两个或两个以上的组群，一个是对照组，作为比较的标准。另一个是实验组，通过某种实验处理确定对实验组的影响;纵向对比是实验时间前后的对比，即对同一组进行施加影响因素前和施加影响因素后的对比。

例如：研究物体的沉浮条件时，用重量相等的铝盒与铝团作比较;研究自由落体运动时，要否定亚里士多德关于“重的物体先落地”的错误观点，可用质量相等的纸团和纸片做比较演示其下落，进而用牛顿管做实验比较羽毛与铁片的下落;把两种不同的金属片铆在一起做成双金属片进行受热膨胀的比较;用黑白颜色截然不同的两种物体表面来对比物体吸热本领的不同;在自感现象观察的实验中，通过灯泡亮度的比较，显示自感现象的存在;光谱分析也是运用比较法设计的;用电位差计测电源电动势，就是在辅助电路上用待测电源与标准电源进行比较的方法。

3 平衡法：所谓平衡，就是矛盾双方的平衡，分析平衡就是分析矛盾的双方。在一个平衡的系统中，总存在着偏离平衡的因素，平衡就是指偏离平衡的不同因素的作用相互抵消的效应。在物理教学中，各种不同的平衡情况总对应着一个数学方程式，据此，就可由已知的物理量去寻求未知的物理量。平衡原理应用于实验设计的例子很多。

例如：利用天平测质量，是依据等臂杠杆平衡时两边质量相等的原理;用弹簧秤测力，是根据二力平衡的原理;用托里拆利实验测大气压强，是根据管内一定高度的液柱所产生的压力与大气压力相等;用惠斯登电桥测电阻，是利用电桥的平衡条件R1/R2=Rx/R0来测定;测定金属的比热容，是利用系统达到热平衡时吸热与放热相等来实现的;用电位差计测电源电动势，也是在辅助电路上利用了平衡方法。4 放大法：在物理实验观测过程中，有些物理量由于太小而不能直接观测时，就要借助声、光、电或叠加等方法，将待测量放大后再进行观测。中学物理实验中常用的放大法有：

(1)电放大。例如：用单根导线切割磁感线来产生感应电流的演示实验，由于感应电流很微弱，可以在示教电表上附加一个放大电路，使感应电流放大从而能在示教电表上明显地显示出来。

(2)光放大。例如：利用投影放大验电器的验电实验、电解过程中的化学反应现象、水波的干涉现象;载流导体磁相互作用的实验投影演示;金属线胀系数测定实验中，利用光杠杆放大法将金属棒的微小膨胀放大后进行测量。

(3)机械放大。例如：热膨胀的实验演示中，铜棒受热膨胀时，其长度的微小变化可以利用机械杠杆机构加以放大后观察。

(4)叠加放大。例如：用摇绳切割地磁场的磁感线来产生感应电流的演示实验，由于感应电流太微弱，所以可以用很多股导线捆绑在一起组成摇绳，通过摇绳上多股导线的感应电流的叠加，便可以在示教电表上明显地显示出来。

5 转换法：转换法是一种间接测量或间接观察的方法。在物理实验中，常有一些现象因为不明显而不易观察或者不易直接观察，这时可运用等效的思想，遵循等效的原则，借助力、热、电、光、机械等方法之间的相互转换以间接地达到可观察、容易观察或观察效果明显的目的。

例如：弹簧秤是把力的大小转换为弹簧的伸长量来测量;固体的热胀冷缩现象不明显，可以转换为指针偏转或拉断钢钉来观测;伏安法测电阻是把测电阻转换为测量电压和电流;迈克尔逊干涉仪则是把测光速转换成测光的干涉条纹。

6 图像法：根据实验所获得的物体运动轨迹、直观图形或数据，借助数学手段建立相应的坐标系，将这些轨迹、图形或数据反映成坐标系下的图像，然后加以分析研究，以揭示所研究事物的某种性质或规律的一种实验设计方法。

例如：研究单摆的振动规律，可以借助沙摆或墨摆在匀速运动纸板上留下的轨迹来实现;研究弹簧振子的振动规律，可以借助传感器和计算机处理软件，将其离开平衡位置的位移随时间的变化规律形成图像后进行分析;研究波的干涉规律时，借助水波干涉的投影图像进行观测分析。

7 极限法：极限法是物理实验中常用的一种方法(有人称之为极限思想)。在许多实际情况中，理论是在极限情况(或理想情况)下得到的，而实际上都不可能实现，于是就用极限法来解决。

例如：气垫导轨上的许多物理实验都与瞬时速度有关。然而，在这些实验中所测定的瞬时速度往往是极短时间(或极短距离)内的平均速度=δs/δt(δs是第一、第二挡光边之间的距离，δt是两次挡光之间的时间间隔)，由于无法做到δt→0，所以后者只能是前者的近似值。为了测得真正意义下的瞬时速度，可以采用极限法来解决：测出从待测点A起逐渐变短(即挡光距离δs不断变小)的若干个δt内的，画出-δt图线。对于匀变速直线运动，它是一条方程为=vA+a/2δt的直线。将图线延伸(外推)到坐标δt=0处，对应的值(直线截距)就等于A点的瞬时速度vA。

8 理想化方法：理想化方法就是通过实验，同时借助逻辑思维和想象力，有意识地突出研究对象的主要条件，完全排除次要因素和无关因素的干扰，在大脑中形成理想化的研究客体或各因素之间的相互联系，从而探索物理世界内在奥秘的一种科学抽象的方法。理想化方法一般有三种形式：对物理条件理想化——抓住起主要作用的条件，完全忽略其它条件的影响;建立理想模型——分为对象模型和过程模型;进行理想实验。

例如：用纸带落体法研究自由落体运动规律，是忽略空气阻力和撞针对纸带阻力影响后的理想化实验;探究单摆振动规律的实验，首先是用变式实验抽象出单摆模型，然后是在摆角小于5°的情况下、且在忽略空气阻力影响后进行的理想化实验;实验室里所做的有关研究理想气体状态变化规律的实验也都是理想化实验;对于伽利略，很多人都知道其比萨斜塔实验，但他更为重要的实验应当是斜面理想实验，由此得到了惯性定律，并为物理学奠定了重要的方法论基础。

当然，实验设计方法远不止这些，而且一个实验中可能会贯穿多个方法。关键是明确并掌握了这些实验设计方法，就可以在物理教学的过程中，运用现有实验器材或经适当配置，通过恰当的实验设计而很好地完成实验教学任务。

参考文献：

[1]潘广问，燕今浩.大学物理实验基础[M].北京：北京理工大学出版社，1992：147～157.

[2]张宪魁.物理科学方法教育[M].青岛：青岛海洋大学出版社，2000：54.

[3]石书英，韩景春，刘瑶华.物理实验教学研究[M].香港：银河出版社，2002：81.

[4]杨国海.载流导体磁相互作用的实验演示[J].物理通报.2001,(12)：29～30.

[5]吕斯骅.全国中学生物理竞赛实验指导书[M].北京：北京大学出版社，2006：10～12.

(栏目编辑王柏庐)

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

作者：杨国海

第二篇：高中物理实验培养学生探究能力的实验设计

摘 要：在新的教育理念的影响下，要培养学生的主体思维、注重动手实践和锻炼自身探究能力，用辨证的思想思考问题、提出问题，尤其在高中物理教学中运用物理实验对学生的逻辑性和对科学的探索至关重要。

关键词：高中物理;实验;探究能力

以学生为主体的物理教学，旨在提升学生的科学素养水平，培

养学生用科学的态度，形成一定的科学行为和习惯，以获得对科学知识的认知和理解，这是科学素养的三个维度，也是探究性学习过程中要把握的方向。在高中物理学科教学中，实验是关键基础，通过对实验的动手操作，可以培养学生的动手行为习惯，通过搭设物理相关实验仪器、用物理的原则来验证实验结论，这无疑是最有效、最直接的锻炼探究能力的方法。

一、高中物理实验的重要意义

1.要重视物理实验的实践性作用。从探究的角度出发，教师要激发学生对物理试验的兴趣，只有在兴趣的推动作用下，学生才会对有兴趣的事物心生探索之念。因此，教师要以物理实验形象化的情境来引发学生的想象思维，要针对部分学生实验技能水平较弱的特点，加强实验课时的安排，使实验操作真正成为学生解决实际物理问题的手段和依托。

2.实验课程的问题设计要注重实践性。首先，物理实验的设计要与学生的日常生活相联系，从学生常见的现象和情境入手;其

次，实验设计要紧紧围绕教学目的，实验的设计要体现物理思想的精髓，引导学生用物理研究的方法和思路去思考问题。再次，实验设计的问题导向不要太强，要让学生主动思维，从实验的过程中寻找问题、发现问题。例如，教师在引导学生探究运动加速度的概念之时，要让学生在不同物体实验的感觉上寻找与加速度有关的影响因素。这样才能锻炼学生的主动思维，寻找探究问题的奥妙与奇幻。

二、用问题探究的学习方法进行高中物理的具体实验设计

案例1：《楞次定律》引入的简单实验

教师做一个神奇的魔术，在以下的实验装置中，A环是闭合的铝环，B环是断开的铝环，用条形磁铁的N极靠近A环或者是离开A环，会有什么现象?B环是否也会呈现同样的运动?学生被神奇的现象所吸引，从而在大脑里产生疑问，对这种现象产生强烈的好奇，浓厚的兴趣感和新鲜感会带领学生快速地进入到探究楞次定律的学习当中，便于教师进入教学环节。

案例2：验证“机械能守恒定律”的实验

摆设器材：带铁夹的铁架台、打点计时器、小车、有三个50g钩码的重物、纸带和直尺。以验证自由落体过程中动能和势能的变化过程中机械能是否守恒。

先用纸带穿过打点计时器，纸带的一端连接小车，再自由释放重物，在纸带上则打出一系列的点，以出发点A为基准，计算各点的瞬时速度，得知各点的动能;再用直尺量出各点到A的距离，即可得知势能。

根据物理原理，因为mv2=mgh，所以只要验证v2=gh，就可知两边是否相等。在这一实验中，老师可以引导学生进一步探究：如果在计算各点的势能时，不从出发点A开始测量，而是从前面任一个点开始测量距离，那么势能又会出现什么样的变化呢?

案例3：多用电表法测电阻

(1)引导学生用螺丝刀旋转定位螺丝进行机械调零。这个过程要求学生注意动手能力的操作，并仔细观察准确度。

(2)把旋钮拨至欧姆挡，使红黑表笔短接，必须将多用表笔的指针处于零刻度。

(3)把选择旋钮置于欧姆挡“×100”，红表笔接电阻一端，黑表笔点触电阻另一端，根据指针的偏转来选择恰当的倍率。

(4)把选择旋钮拨至恰当倍率，等指针稳定后再读数。指导学生在这一读数的学习中，要了解指针指示的数值乘以倍率的结果就是被测电阻的阻值。

(5)结束时，把表笔从插孔中拔出，要将选择开关旋至“OFF”或者交流电压最高挡。

在这个试验中，不能用手触碰表笔的金属部分，以防触电;另外，在测试过程中，不能带电旋转开关。这个实验设计为了培养学生的细心观察能力，老师在实验设计的时候，首先要求学生必须将机械调零，才能进行实验，要引导学生观察指针的偏转以计算电阻值。

以学生为主体的高中物理实验过程，重在培养、提高学生对物理知识的兴趣，增进学生对科学探究的欲望，使高中物理在激发学生主动性思维的基础上得以实践开发，从学生生活经历中熟悉和了解的现象入手，注重引导学生在物理实验中仔细观察和细心聆听，用正确的科学态度把高中物理的抽象知识，用直观、形象的、数据的物理实验进行演示，教导学生掌握基本的测量方法和使用教学常用的仪器仪表，获得准确的科学信息，在探究实验中改进薄弱环节，手脑并用，全面发展综合素养。

参考文献：

[1]闫新民.高中物理实验指导与拓展[M].湖北教育出版社， 2005.

[2]孟昭辉.中学物理教育理论与实践研究[M].高等教育出版社，2003.

[3]范良火.教师教学知识发展研究[M].华东师范大学出版社，2003.

编辑 李 姣

作者：柳冠凡　上官金丝

第三篇：普通物理实验项目的优化设计

普通物理实验是大学理工科学生开设的一门基础课，是接受系统实验方法、进行实验技巧训练的必修课。因此，合理设计物理实验项目，对全面培养高素质人才将起很大的作用。本文就物理系近几年开设的物理实验项目进行探讨。

物理实验类型

物理实验可分为理论性(验证性或基础性)实验、设计性实验和综合性实验三种实验类型。高等师范院校传统的普通物理实验，由力学热学实验、电磁学实验和光学实验三门课程构成。近年来，随着国际著名的德国LEYBOLD、美国PASCO等公司的综合性和设计性实验设备大量进入中国，以及国内天煌公司等一大批仪器生产厂家先进的传感器设备大量进入高校，物理实验正向着综合性和设计性的方向快速发展。根据本实验室引进的先进实验设备，我们针对不同层次、不同专业的学生，优化物理实验项目，提出了分层次教学的设想，对物理实验项目进行设计性和综合性设计。

基于能力培养的物理实验项目设计

(1) 素质的培养

素质教育贯穿于物理实验教学的始终，也是确立物理实验项目的依据，我们在实验教学中除了严格要求学生，培养他们严谨的学风、科学态度和实验应用能力外，同时还特别注重他们各种能力的培养。所选择的实验项目既要有利于验证理论，加深对物理概念的理解，又要有利于在物理实验中培养他们善于思考、勇于实验、积极探索的物理思想。

(2) 能力的培养

普通物理实验是高等师范院校对学生进行科学实验基本训练的一门必修基础课，是大学生接受系统实验方法和技能训练的开端，是对学生进行科学训练的重要基础。在较长一段时间里，这一观点一直是物理实验教学的指导思想。通过物理实验，学生掌握了一定的基本知识、基本技能和基本方法，接受了科学实验的初步训练，为以后的学习打下了一定的实验基础。但是，这种实验教学也引起了一些不容忽视的问题，容易把“三基”(基本知识、基本技能和基本方法)教学要求的过死，把“训练”看得过重，在每个实验中，都定要求、定内容和定步骤，学生只能循规蹈矩、按部就班，思维定势严重，学生的学习积极性受到严重制约。另外，常规实验大都是一些经典的、传统的，而反映现代高新技术内容的比较少;验证性的实验较多;实验技术比较陈旧;力、热、电、光各自独立的实验多，而综合的实验少。常规实验在教学内容、教学模式、教学方法上的种种弊端已引起人们的充分重视。近几年，全国高校已开始进行实验教学的改革，一方面不断充实和加强现代高科技内容，转变教学观念、教学思想，另一方面积极探索各种教学模式和教学方法。现在已出现基础性实验、综合性实验、开放性实验、设计性实验、应用性实验、专门化实验等各种不同类型的实验，并且它们正在被不断实践和改进。

物理实验项目设计遵循的原则

根据“厚基础，强能力，高素质”的培养模式，我系物理实验项目设计遵循的原则是:既要吸取传统实验的精华，又要突出现代实验的特点;既要借鉴兄弟院校的先进经验，又要突出本实验室的优势。根据学校培养学生的目标及各专业的要求，依据所设计的实验项目决定将要配置的实验器材，要求这些仪器既有经典的又有现代的;既有自动的又有手动的;既有模拟的又有数字的。概括起来就是传统的和现代的、基础的和先进的二者兼顾。开出的实验项目要传统与现代内容并存;基本方法、基本技能训练与独立设计结合。给不同智力、不同需求的学生以充分选择的余地。这样可以改变按传统的力学、热学、电磁学和光学开设的拼盘式的旧体制实验，代之以“理论性(基础性)”、“设计性”和“综合性”实验的新的教学体制，使实验内容由浅入深、循序渐进，以提高素质和培养能力为主线，因材施教，教书育人的新体制。

为了培养高素质的人才，特别是培养学生具有创新精神和实践能力，我们对不适应培养目标的教学体系、教学内容和方法进行了深层次的改革。将普通物理实验内容分成二年级的必修课和四年级的选修课来完成。必修课按理論性、设计性和综合性实验开设，而选修课则主要是开设设计性和综合性实验。

普通物理实验教学的目的，是通过各个具体实验项目的学习来达到的。实验项目的选择受到以下一些因素的制约：(1)实验数量与质量的选择;(2)传统实验与现代实验的选择;(3)各类基本测试手段的选择;(4)验证性实验与综合性、设计性实验的选择;(5)教学时数的限制;(6)实验室现有实验条件的限制等。如何兼顾到以上六个方面，是我们在实践中亟待解决的问题。根据物理系“2+2”培养模式的要求，我们从2002级开始调整了教学计划，将传统开设的力热实验、电磁学实验和光学实验课，合并为普通物理实验课，并在此基础上开设了实验选题选修课。本着“立足眼前，着眼未来”的思想，我们适时地更新了一批实验项目。按照学校的要求，2004年10月又进一步修订了普通实验教学大纲。现在的普通物理实验项目分理论性(基础性)实验、设计实验和综合实验三个层次开出。较高层次的综合性实验内容，由实验选题(选修课)面向大四学生开设，并受到学生的普遍欢迎。近几年，我们自制了部分实验仪器(如万用表实验箱、铜丝电阻温度系数实验装置、日光灯电路实验装置等)，以加强学生动手能力的训练，率先在电磁学实验中开设了万用表设计等设计性实验。从物理系98级开始，开设了电阻的测量、凹透镜焦距的测定等综合性、设计性实验项目。2003年起我们开设了超声光栅、空气比热容、CCD单缝衍射、光速测量、PN结正向压降温度特性、居里点测定、霍耳位置传感器测量杨氏模量、动态法测定磁滞回线等一大批综合性实验项目。这些实验项目的开设对培养学生的动手动脑能力起到积极的作用。

在实验内容安排上由浅入深和循序渐进。如测定金属的杨氏模量实验中，作为基础性实验我们用传统的光杠杆法，作为综合性实验采用动态法和霍耳位置传感器法测量杨氏模量，使学生在不同的实验方法中体会到传统与现代实验方法的魅力。

优化设计性实验项目

设计性物理实验可分为两种类型：一是给定实验题目，由学生根据所学的知识，自拟实验方案，自选仪器，自己设计组装线路和设备，完成实验项目所提出的要求。例如，近几年开设的电阻的测定、凹透镜焦距的测定、万用表的设计与制作等设计性实验;二是给定实验设备，实验题目自拟，即由学生根据给定的实验器材，自己选择实验题目(内容)，拟定实验方案。

设计性实验对学生的实验技能和理论知识的综合应用的一次检验，也是训练学生自己查阅资料、拟订实验方案、选择和组装仪器、测试和处理数据、写出小论文式的实验报告过程锻炼的极好机会。与一般的常规物理实验相比，设计性实验更注意了调动学生学习的主动性和积极性，开拓学生的智力，培养和发挥学生创造设计的能力。

实验项目设计与科研活动结合

改革普通物理实验教学方法的指导思想是，充分体现学生在实验教学中的主体地位，充分调动学生的学习积极性，为学生创造良好的学习条件。在普通物理实验项目设计上,我们在实验室内设计一些设计性、综合性实验，或者通过实验完成一些小论文和小制作，对于这些同学我们给予全力支持。删除一些在现代科学研究和生产实践中过时或中学阶段已做过的实验内容，增加部分代表当代物理学发展的实验内容、方法和手段的实验。提高教学起点，注重从提高学生的科学实验能力上选择课程的教学内容。同时，我们在辅导学生实验的过程中，要善于、及时发现有独特才能的学生，与老师一起搞一些科研项目，扩展他们的视野，提高解决实际问题的能力。为了提高学生的创新能力，我们建立了物理系创新实验室，为学生提供实践的空间。

如在迈克耳逊干涉仪实验教学中，我们是分两轮实验来设计实验项目的。第一轮实验，学习迈克耳逊干涉仪的使用方法，进行“三基”教学;第二轮实验，学习迈克耳逊干涉仪的应用。在第二轮实验中，我们布置了若干个实验题目供学生选择，也允许学生自拟题目，学习资料自己检索。有的同学为完成实验题目，多次进图书馆和实验室研究实验，巧妙的实验设计，收到了良好的学习效果。

实验教材的改革

在普通物理实验教学改革中，更新教学内容和教材是改革的重点。现行的教学内容及教材的确是比较陈旧的，已不适应当前飞速发展的科学技术和社会经济的要求。首先应解决的问题是哪些实验课题是过时的应该淘汰?应增设哪些实验课题?我们认为对此应从实际出发，既要开出新实验又不要过分浪费实验室的现有实验资源，要研究一个切实可行的方案，采取逐步过渡的办法，根据学校的财力逐渐淘汰落后的实验设备。

作者：王景聚等