初中物理实验专题研究.docx

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初中物理实验专题研究

初中物理实验专题研究

1运动和力的演示实验研究

一、实验目的

1．了解斜槽装置及节拍计时器的使用方法；

2．研究有关运动和力的几个演示实验。

二、实验器材

斜槽轨道（J2127），斜面小车（J2108），机械节拍器（或电子节拍器），惯性演示仪，投影器，铁架台，支架，小铁球，磁铁，水碗等。

三、实验仪器简介

1．斜槽轨道

斜槽轨道是为演示直线运动和运动定律而设计的。

它主要由三部分构成：

轨道、光电门和电磁铁，其构造如图7-1所示。

轨道长度为600mm，正面附有标尺，其支架可以升降，以调成实验所需要的倾角。

光电门共有两只，与简式计时器配套使用，可以作为计时的启动门，也可以作为终止门。

通常在初中的演示实验中，以节拍器计时，不需要光电门。

电磁铁的作用是控制小球的释放。

2．机械节拍器

机械节拍器是利用摆的等时原理发出等时节拍的仪器，它的外形如图7-2所示。

调节摆杆上摆块的位置，就可以控制摆的振动频率。

摆杆居中时，将摆杆对在后面的标尺上，摆块下沿对着标尺的刻度数值即为每分钟的节拍次数。

在节拍器外侧装有两个机钮。

下边的机钮用来旋紧发条，为维持摆杆振动提供能量。

上边的机钮是响铃控制杆。

把此钮拉出，可以看到拉杆上标有“6”、“4”、“3”、“2”的刻度。

如正好使“2”字露出，响铃就每2拍发声一次；露出“3”字，就每3拍发声一次，其余类推。

使用节拍器时，应将它放在水平的台面上，发条不要上得过紧，起动振幅也不要过大，实验完毕应使发条走松，再将摆杆上端压入木盒上方的隔板中，盖上盖板。

四、实验内容

1．说明牛顿第一定律的演示

初中物理课本上用如图7-3所示的实验说明牛顿第一定律，它体现了一种真实实验与理想实验相结合的科学推理方法。

演示步骤为：

（1）让小车从斜面顶端滑下，滑到铺有毛巾的平面上，观察小车前进的距离。

（2）让小车从斜面顶端滑下，滑到铺有棉布的平面上，观察小车前进的距离有何变化。

（3）让小车从斜面顶端滑下，滑到铺有木板的平面上，观察小车前进的距离有何变化。

请按照上述步骤进行演示。

每次实验前，应当向学生交代清楚实验的条件和做法：

三种粗糙程度不同的表面；每次实验用的是同一个小车，让它从斜面的同一高度上滑下，以保持小车在三种表面上开始运动时的速度相同。

使学生知道实验中的哪些条件保持不变，变化的是什么条件，以渗透研究方法。

同时提醒学生注意观察三种情况下小车运动变化的情况和变化的条件，分析引起变化的原因，使学生明确实验目的，动脑筋思考问题。

根据实验观察的结果，小车受到的阻力越小，它运动得越远，引导学生推理，如果小车不受任何阻力，它的速度将保持不变，永远运动下去。

在这个实验方案中，不知你是否想过这样的问题：

当小车在完全光滑的理想平面上运动时，小车的轮子还会继续转动下去吗？

小车的轮轴与轴承之间的摩擦会不会影响小车”一直运动下去”？

对初中学生当然不可能也没有必要对此作深入的讨论。

有人认为，为避免这些麻烦，最好能回避出现这一问题的条件，为此可以将小车的运动改为木块在平面上的滑动。

用如图7-4所示的实验装置，将木块从弹射器中弹射出去，可以看到平面越光滑，木块滑行的距离越远。

请做一下这个实验，并谈谈你的看法。

2．说明物体具有惯性的演示

惯性是物体固有的一种性质，固体、液体和气体都具有惯性。

对于固体和运动着的物体具有惯性，学生有较多的感性知识，较容易接受。

但对液体、气体和静止的物体具有惯性，学生缺乏感性知识，故必须分别设计若干较为形象的演示实验，以加强学生对惯性的理解。

（1）液体具有惯性

如图7-5所示，将一只盛满水的碗放在小车上，手拉小车使其运动，达一定速度后，使其突然遇到障碍物而停住，则碗中的水因惯性继续向前运动而泼向前方，说明液体具有惯性。

做好此实验的关键是，小车必须逐渐加速，当小车速度大时突然停止。

（2）气体具有惯性

如图7-6所示，在铁架台上安装一根水平横杆，在杆上悬若干细线，下端各系上一圆柱形或圆锥形薄纸筒。

若在其一侧短促吹一口气，近处纸筒先被吹动，随后，远处纸筒也被吹动。

这表明空气被吹动后，虽不再用力吹气，但它并不会立即停止，说明气体具有惯性。

做好此实验的关键是，薄纸筒的中心必须在一条直线上；同时吹气必须短、急而有力，否则，实验不易成功。

（3）静止的物体具有惯性

①用图7-7所示的惯性演示仪，把钢球（或铜球、铁球等质量较大的球都可以）置于硬纸板上，并对准立柱顶端的凹孔。

演示时，弹动弹簧片，将硬纸板突然弹出，钢球由于惯性，保持原来的静止状态，在重力作用下直落入凹孔中。

演示此实验时，硬纸板必须有足够的厚度（以能支持钢球而不变形为度），而且尽可能光滑。

硬纸板的大小也应适中，以将其正中间放置在立柱顶端时，其一边恰好接触弹簧片平面为宜。

为使球容易放稳，可在球上用钢锉锉去一点。

②在图7-5中拿掉障碍物，将小碗盛满水放在小车上，突然拉动小车，原来静止在碗中的水由于惯性欲保持静止状态，故会向小车运动方向的反方向泼出。

做此实验时，碗中水的质量必须足够（最好盛满）。

3．说明力可以使物体的运动方向发生变化的演示

力是物体运动状态变化的原因。

物体运动状态的变化包括速度大小和运动方向的变化。

速度大小变化的实验不难做，但运动方向变化的实验有的比较困难。

通常使小球在平面上运动，用磁铁吸引使它改变方向。

这个实验的困难主要有两点：

一是学生不容易看清小球在平面内的运动，二是磁铁离小球的远近不容易选得合适，常常由于过远而使偏转不明显，或者由于过近而将小球吸到磁铁上去。

为克服上述困难，可采取如下措施：

（1）如图7-8（a）所示，在投影器上放一块平面玻璃板，把玻璃板调水平，再在其上均匀地撒上薄薄的一层粉笔灰，将小球表面浸湿，使它从斜槽上释放。

当小球从玻璃板上滚过时，即可留下它的运动轨迹，并投影在屏幕上。

适当调节小球在斜槽上释放的位置和磁铁的位置，可以看到明显的偏转现象。

（2）如图7-8（b）所示，将制图板（或其它平板）的一端适当垫高，使板面向着学生倾斜放置，再使小铁球（可以用单摆实验的小球）从斜面上滚下，可使学生看到小球在磁铁引力作用下的偏转情况。

为使现象明显，应注意调节斜面的倾角和磁铁放置的位置。

五、实验作业

1．在说明牛顿第一定律的演示中，教师应当怎样一边操作一边讲解？

2．请设计一个运动（或静止）物体（气体、液体、固体）具有惯性的演示实验。

3．请对“力可以使物体的运动方向发生变化”的演示提出改进意见。

2关于摩擦力的实验研究

一、实验目的

1．通过滑动摩擦力可能与哪些因素有关的分析，使学生初步掌握本实验的研究方法；

2．研究影响准确测量滑动摩擦力的主要原因和做好实验的改进措施；

3．研究怎样通过实验比较滚动摩擦与滑动摩擦的大小。

二、实验器材

弹簧秤，长木板（50×8×1厘米3），木块（lO×6×4厘米3），力学小车，细线，定滑轮，祛码，祛码盘，棉布，毛巾布等。

三、实验研究

1．引导学生根据实验课题，确定实验的研究方法，培养学生的探索能力

为研究滑动摩擦力跟哪些因素有关，初中物理课本中采用的是单因子实验法（或称控制变量法）。

如果按照课本上的方法做实验，容易使学生对实验结果产生怀疑：

为什么不考虑摩擦力跟木块与长木板之间的接触面积的关系呢？

因此，为使学生掌握本实验的研究方法，教师应认真做好实验预习指导工作，启发学生自己去思考，滑动摩擦力可能与哪些因素有关。

教师不要加框框，不要一下把书中的分析和盘托出，对学生分析过程中出现的差错，宜因势利导。

例如摩擦力与接触面积的关系，不妨让其作为一个因素进行研究。

待众多因素分析出来后，教师则教给学生常用的研究方法：

只让其中一个因素改变，而保持其它因素不变，观察摩擦力跟这个被改变的因素的关系。

这个方法就是单因子实验法。

至于改变哪一个因素的先后顺序，由学生自己确定。

待实验方案作出后，再让学生与正确的步骤对照，从而使学生初步认识到，自己也有能力确定实验步骤。

至于摩擦力与接触面积的关系，通过实验就可以得到澄清，从而进一步理解书上不考虑这个因素的原因。

2．掌握实验本质，改进实验方法，提高实验质量

由于摩擦力不能直接测量，故只能通过二力平衡的方法间接测量。

课本上是用动平衡的方法，要求木块做匀速直线运动。

但这个要求对初中学生来说，困难较大。

其原因是：

①用手拉弹簧秤做匀速直线运动不容易，任何一个造成不匀速的因素都会引起弹簧秤的指针发生忽大忽小的变化。

②学生既要小心地用手拉弹簧秤做匀速直线运动，又要观察弹簧秤的刻度，注意力分散，容易产生偶然误差。

③由于弹簧秤本身受重力作用，拉线不能保持水平，增大了系统误差。

因此，要提高实验技能，把误差减小到最低限度，关键是使木块稳定地做匀速直线运动。

为有利于培养学生的创造性思维能力，可启发学生考虑，变木块的动平衡为静平衡，即让支承物运动，保持木块静止。

这样，木块所受支承面的滑动摩擦力必然与拉力平衡。

用这种方法，读数比较稳定。

如图7-9所示，把两只力学小车固定在长木板的两端，将木块放在长木板上，并将其一端用细线绳与水平放置的弹簧秤相连，在祛码盘内放适量的祛码，稍稍推动长木板，就会运动起来。

由于木块处于静止状态，所以木块所受的滑动摩擦力与弹簧秤对木块的拉力是一对大小相等、方向相反的平衡力。

这样，就可根据弹簧秤上的读数得出木块所受的滑动摩擦力。

为锻炼学生的动手能力，也可把图7-9的装置简化，按图7-10所示的装置，用手直接拉动长木板，只要注意一定的操作技巧，就能获得稳定的读数。

四、实验内容

1．研究滑动摩擦

（1）根据初中物理课本中的要求准备实验器材，如图7-11所示。

在正式做实验前，用弹簧秤拉木块做匀速运动需反复训练，使弹簧秤指针能稳定在某一位置。

同时要求做到边拉边观察，准确读出摩擦力的大小。

（2）按课本提供的方法测定滑动摩擦力的大小。

①改变加在木块上的祛码，测定滑动摩擦力。

②分别将棉布或毛巾布铺在长木板上，在压力不变的情况下，测定摩擦力。

③将木块侧放、立放，在不加珐码的情况下，测定摩擦力。

④将上述各种条件下测量的数据记录列表，分析摩擦力与压力、接触面的材料性质和光滑程度以及接触面积的关系。

（3）用如图7-9或7-10所介绍的方法，按照上面步骤

（2）的过程再做一遍，记录数据列表，并比较它们的结果。

2．研究滚动摩擦

设计一个说明滚动摩擦比滑动摩擦小的演示实验，并进行实际操作和测量。

3.“筷子提米”实验的研究

“筷子提米”的实验在初二物理课本中已有介绍，为帮助学生搞清这个实验的原理是由于摩擦力将米提起来的，可要求学生除采用课本上的方法外，再按下列步骤进行实验：

（1）杯中的米装紧（严实）后，用左手紧捂住米，右手拿一只竹筷从左手指缝中正对杯子中部插入，与不用手捂住米而将竹筷插入进行比较。

（2）杯中米装紧和未装紧两种情况下，用手紧捂住米插入筷子进行比较。

（3）用竹筷子和用光滑的玻璃筷或象牙筷做实验，并进行比较。

（4）用粗糙的米和用精白的大米分别做实验进行比较。

（5）分别用塑料水杯和玻璃杯实验进行比较。

从以上的实验对比中总结出摩擦力的规律。

五、实验作业

1．怎样通过实验证明滑动摩擦力的大小与接触面积无关？

怎样从理论上解释这个问题？

2．根据实验结果，试分析研究滑动摩擦力的几种方法的优缺点。

3抽气机的使用和大气压强实验的研究

一、实验目的

1．了解教学中常见的几种抽气机的构造、原理，掌握其使用方法。

2．掌握验证大气有压强的实验方法。

二、实验器材

两用气筒，手摇抽气机，旋片式真空泵，马德堡半球，凡士林油，广口瓶，烧杯，鸡蛋，气球，酒精。

三、仪器介绍

1．两用气筒

两用气筒具有抽气、打气、移气等多种功能。

当两用气筒用于抽气时，真空度可达50毫米汞柱；用于打气时可达到3个大气压。

可用来做马德堡半球、低压沸腾等实验。