高中物理实验仪器的创新设计

杨细斌

【摘    要】根据《普通高中物理课程标准（2017版2020修订）》的相关要求，我们在物理教学过程中，必须要遵守一定的科学性和创新性，有效使用相关科学仪器来进一步更新实验设计，这充分说明了教育部对我们物理教师和实验设计提出了更高的要求。我们教师就应该结合时事的发展以及课标要求，创新物理实验仪器设计。

【关键词】高中物理  实验仪器  创新  更改设计

中图分类号：G4      文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2021.05.054

高中物理是理科当中较难的一门课程，它不仅要求学生具备充足的理论知识，更要求学生具备一定的凭空想象、实验操作能力。因此，我们必须要结合实际情况来有效开展教学活动。目前大多数学效的实验仪器所遵守的标准仍然是2010版。由于新课改的更新，对实验器材也出现了相应的改正。因此，我们物理教师应该充分发挥个人的知识储备能力，结合学生的知识水平，加强相关的测试论证，广泛听取各大领域专业人员的意见和建议，有效创新高中物理实验相关仪器的设计，简化实验流程。

一、必须遵守创新设计的相关原则

我们在更新实验仪器创新设计的过程中，为了达到简化实验步骤、提高实验正确率等目的，更应该严格遵守相关的物理实验仪器创新设计的准则。

（一）适用性

实验的设计源自于其自身的原理和目的。如果教师在实验设计的过程中，偏离了其原本的目的，就无法达到理想的教学结果。因此，教师在设计的过程中，应该严格遵守实验本身的适用性。例如，在基本实验的设计中探究弹力与形变量的关系时，先准备多个500克的砝码、一张刻度表、一个铁架台、一个弹簧。将弹簧挂在铁架台上，与此平行的是竖直的刻度尺。观察弹簧的长度并逐渐加大砝码的重力，在白纸上画出重力与弹簧长度曲线图，描述二者的关系。这是大多数物理教师的做法。虽然在这个过程中教师达到了一定的目的，但由于弹簧原本具有一定反弹属性，在观察刻度尺与砝码重量关系时往往有一定的误差。因此，笔者进行了相关改进，用游标卡尺进行替换，并逐渐加大钩码的力度，重复实验三次及以上。这种简单的改进，可以有效增进实验的精确性，提高成功率。

（二）科学性

高中物理实验最基本的原则是科学性。我们应该精准地结合相关理论知识，展开一定的实验操作。目的在于提高学生的动手能力、思维活跃度和实验参与度。那我们在进行高中物理实验器材创新设计的过程中，应该严格遵守实验的科学性。例如，在教学“匀变速直线运动”时，其基本原理在于观察相邻相等时间间隔内位移的变化量为定值。实验要使用小卡车、打点计时器、纸带。在进行打点计时的过程中，要注意减少桌面与纸带的摩擦力，并且注意重复实验三次。通过提高实验的次数以及减少相关的摩擦，可以有效提高实验的科学性，增加实验的成功率。当然也有利于学生做出更精准的实验结果，并观察到有效的实验理论数据。

（三）安全性

在实验的过程中，难免会发生一些安全事故，例如，2018年3月浙江某高校进行直流电的相关操作时，有学生因由于操作不当发生漏电事故，幸好未造成相关人员伤亡。这提醒我们，作为一名物理教师，在协助学生进行实验操作的过程中一定要遵守实验的安全性，即使是进行实验设计的改正，也必须严格遵守相关原则。

二、创新性设计相关实验

创新性设计相关实验，不仅能够提高实验的准确度，减少误差达到有效的实验目的，更能够提高实验的可行性和适用性，增加学生的自信心和动手实践能力。因此，针对创新设计实验，笔者提出了几点实验小创新。

（一）验证平行四边形定则

在验证平行四边形定则时，所遵守的实验原理为等效法，需要的器材有一块木板、弹簧钩、一张白纸，指定两个同学，分别拉弹簧钩朝不同方向同时用力，并观察弹簧钩被拉长的长度。大多数学校都是采用以上操作。但是我们会发现由于无法控制两个同学用力的情况，在观察四边形的长度情况时，就存在一定的误差，实验结果也并不准确。因此我们进行了相关的实验创新性设计，我们将木板竖起来，两把弹簧钩朝下，将弹簧钩更改为相同质量的砝码，朝两个不同方向依次添加，并画出相关力的作用图。实验中，可以明显地发现由于砝码的质量是标准的作用力，也更容易控制，实验结果也更加的准确。

（二）验证机械守恒定律

该定律是高中必学的一个知识点，是重点也是难点。教师需要准备的器材有铁架台、电源板、夹子、重物、打点计时器、标准纸带。实验时，将不同质量的重物置于夹子之上，并固定一张纸带，启动电源，轻放重物，让重物做自由落体运动，待其经过打点计时器，并观察打点计时器上相关点分布的情况。我们发现其严格遵守的公式为：mgh=1/2mv。那我们针对以上实验做出了进一步的创新。由于在放纸带和重物的过程中，纸袋与打点计时器存在一定的摩擦力，这个摩擦力与重物的重力是相反的，会造成自由落体运动的不准确。因此，可以给打点计时器以及纸带上涂抹适量的定制的润滑剂，减少相关的摩擦力。再次进行自由落体运动，我们对比两次实验可以明显的发现，实验数据更加的准确，纸带上点间隔距离也更均匀和有规律。

（三）伏安法测量电阻

伏安法测量电阻旨在采用外接法或内接法，测量相关电阻的具体数值。教师要注重考查学生的电表读数、仪器选择、误差分析、实验电路的设计、分压式或者限流式等。传统的电阻由于使用次数过多，测压表未归零等情况，测出来的电阻与标准电阻存在一定的偏差。此外，所用的电流表、小灯泡由于时间久，电阻过大导致测出来的相关电阻数值也不准确。因此笔者进行了改进。加大电流、更换实验设备、减少小灯泡的使用、防止灯泡分压，只使用一个电阻、电流表、电压表测量该电阻的具体数值。在测量的过程中，注意将电压表和电流表进行归零，测量之前也可以单独测量电流表的电阻情况，以进一步减少误差。在读数的过程中，注意视线水平一定与数值是垂直的，不要斜视。

综上所述，作为一名物理教师在进行高中物理实验器材创新性设计的过程中，一定要针对学生的知识水平以及当前仪器设备的更新等情况，创新实验设计。在创新实验设计的过程中，更应遵守几大原则：科学性、适用性、安全性，防止发生事故。笔者相信通过创新实验设计一定可以达到理想的教学效果，培养出优秀的物理领域人才。

參考文献

[1]吴超.如何创新高中物理学学习模式[C].现代教育教学探索学术交流会，2015.

[2]贾涛锋.培养物理兴趣提高课堂教学[J].都市家教：下半月，2017（1）：55.