第一节 化学实验基本方法(第3课时) 一、教材分析: 蒸馏和萃取是在实际生产生活中有着广泛应用的分离和提纯技术,海水淡化问题是目前解决全球淡水日益紧缺问题的重要途径,这为选修《化学与技术》奠定了一定的知识基础。
萃取对于学生来说是全新的分离和提纯技术,它是对溶解性规律的一个应用,其原理也在今后卤族元素和有机物的学习中多次体现,在生活中也有多方面的应用。 本节课教学内容主要包括两个方面:(一)、复习蒸馏的原理,掌握实验室规范的蒸馏装置。
这部分内容只作复习和简单的扩充;(二)、介绍萃取的原理和装置,特别是实验操作中的细节。这部分知识为新知识,应采用灵活多样的教学手段由浅入深地让学生理解和掌握。
蒸馏和萃取是高中阶段的两个基本实验操作,学生对于相关内容及部分仪器还比较陌生,本节课的主要目的就是让学生了解蒸馏和萃取的操作及过程,学习一些仪器的使用方法,并进一步丰富分离提纯物质的方法和手段。 二、教学目标: 1.知识与技能 (1)体验科学探究的过程,学习运用以实验为基础的实证研究方法。
(2) 知道液体混合物分离和提纯的常用方法—蒸馏和萃取,能根据常见物质的性质设计分离和提纯物质的方案,并初步掌握其操作技能。 2.过程和方法 通过实际操作,来学会对混合物分离和提纯的操作。
3.情感态度与价值观 (1)树立绿色化学思想,形成环境保护的意识。 (2)能发现学习和生产、生活中有意义的化学问题,并进行实验探究。
三、教学重点难点: 重点:蒸馏和萃取的掌握和应用 难点:蒸馏和萃取的掌握和应用 四、学情分析: (1)在初中阶段学生已经学习了简易的蒸馏操作方法,本节课将在此基础上对规范装置和实验原理做深入的探讨,使学生更容易接受。已经初步了解了粗盐提纯的方法,蒸馏的简易装置。
蒸馏则是在初中简易操作的基础上引入使用冷凝管这一较正规的操作。 (2)萃取的引入采用学生回家做西红柿汤并进行观察积极调动学生学习的主观能动性。
(3)学生已经掌握了部分溶解度的相关知识,这对萃取原理的讲解打下了一定的基础。 五、教学方法:实际操作、归纳、总结等方法 六、课前准备: 1.学生的学习准备:预习课本上相关的实验,初步把握实验的原理和方法步骤;完成课前预习学案。
2.教师的教学准备:多媒体课件制作、实物投影仪,课前预习学案,课内探究学案。 3.教具准备:4人一组、制取蒸馏水装置15套、50 mL分液漏斗(15)、10 mL量筒(15)、烧杯(15)、铁架台(含铁圈)(15)、CCl4、碘水。
等。 七、课时安排:1课时 八、教学过程 (一)检查预习,了解学生对已有知识的掌握程度及存在的困惑。
[复习提问]过滤、蒸发操作及SO42-检验方法。 [设问] 过滤、蒸发操作是用于固体混合物还是液体混合物的分离? [学生回答] 过滤、蒸发操作适用于固体混合物分离。
(二)情景导入,展示目标 [引言]上节课我们学习了粗盐的提纯,通过除杂质过滤的方法得到比较纯的盐水,大家想想如果我们要把盐水变为淡水,该怎么做呢? 比如说在海边,渔民们是怎么解决生活用水的问题;前段时间,中央电视台播放了郑和下西洋的那段历史,大家知道他们是怎么解决长期在海上漂泊的吃水问题吗? [展示]海水变淡水 [引]做汤的时候,观察过锅盖吗?锅盖上有水珠,这水珠与汤不什么不同?为什么会有水珠?水蒸汽凝结?为什么水蒸汽会凝结成水珠? [讲]汤沸腾后,水蒸汽遇温度低的锅盖而凝成水珠附于锅盖。那么这是一个什么过程,我们在化学中应怎么称呼?大家想一想蒸馏是不是一种分离混合物的方法?如果是,那么是分离什么样的混合物? [过]混合物的分离和提纯除了过滤、蒸发外,还有其他很多方法,这节课,我们来学习另外两种新方法:蒸馏和萃取 (三)合作探究,精讲点拨 [板书](二) 蒸馏和萃取(distillation and extraction) [过]首先,让我们利用实验室通过蒸馏的方法除去自来水中的杂质制取蒸馏水的实验来学习蒸馏的过程 [板书]1、蒸馏 [引入]我们引用的自来水是纯净的水吗?不是。
因为自来水厂使用了消毒剂氯对水进行了消毒。使水中含有Cl― 。
我们可以利用加入硝酸银溶液检验是否含有氯离子。 [实验演示]自来水中加入硝酸酸化的硝酸银溶液 [讲]有明显白色沉淀生成,证明自来水中含有氯离子。
那么,我们应该用什么方法除去自来水中的氯离子呢?能否向上一堂课中使用化学方法,加入试剂反应除去? (不能。加入试剂后会引入新的杂质,达不到我们实验目的。
要想得到纯净水。可以使用加热将水变为水蒸汽,然后再冷凝为纯净的液态蒸馏水。)
[小结]实验室就是使用蒸馏的方法制取蒸馏水。 [投] (1)原理:利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同,给液体混合物加热,使其中的某一组分变成蒸气再冷凝成液体,从而达到分离提纯的目的。
蒸馏一般用于分离沸点相差较大的液体混合物。(例如蒸馏含有Fe3+的水提纯其中水份,蒸馏石油提纯不同沸点的有机组分) (2)仪器:铁架台、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、胶塞、牛角管(尾接管)、锥形瓶、胶管 [实验演示]实验室制取蒸馏水 [投]。
(1)勤思考、敢提问、善交流、常总结.(2)讲规范、勤动手、细观察、务求真.化学实验常用用仪器反应容器 可直接受热的:试管、蒸发皿、燃烧匙、坩埚等能间接受热的:烧杯、烧瓶(加热时,需加石棉网)常 存放药品的仪器:广口瓶(固体)、细口瓶(液体)、滴瓶(少量液体)、集气瓶(气体) 用 加热仪器:酒精灯计量仪器:托盘天平(称量)、量筒(量体积)仪 分离仪器:漏斗取用仪器:药匙(粉末或小晶粒状)、镊子(块状或较大颗粒)、胶头器 滴管(少量液体)夹持仪器:试管夹、铁架台(带铁夹、铁圈)、坩埚钳其他仪器:长颈漏斗、石棉网、玻璃棒、试管刷、水槽1. 试管(1) 用途:a、在常温或加热时,用作少量试剂的反应容器.b、溶解少量固体 c、收集少量气体(2) 注意事项:a、加热时外壁必须干燥,不能骤热骤冷,一般要先均匀受热, 然后才能集中受热,防止试管受热不均而破裂.b、加热时,试管要先用铁夹夹持固定在铁架台上(短时间加热也可用试管夹夹持).c、加热固体时,试管口要略向下倾斜,且未冷前试管不能直立,避免管口冷凝水倒流使试管炸裂.d、加热液体时,盛液量一般不超过试管容积的1/3(防止液体受热溢出),使试管与桌面约成45°的角度(增大受热面积,防止暴沸),管口不能对着自己或别人(防止液体喷出伤人).2. 试管夹(1) 用途:夹持试管(2) 注意事项:①从底部往上套,夹在距管口1/3处(防止杂质落入试管)②不要把拇指按在试管夹短柄上.3. 玻璃棒(1)用途:搅拌、引流(过滤或转移液体).(2)注意事项:①搅拌不要碰撞容器壁②用后及时擦洗干净4. 酒精灯(1)用途:化学实验室常用的加热仪器(2)注意事项:①使用时先将灯放稳,灯帽取下直立在灯的右侧,以防止滚动和便于取用.②使用前检查并调整灯芯(保证更地燃烧,火焰保持较高的的温度).③灯体内的酒精不可超过灯容积的3/4,也不应少于1/4(酒精过多,在加热或移动时易溢出;太少,加热酒精蒸气易引起爆炸).④禁止向燃着的酒精灯内添加酒精(防止酒精洒出引起火灾)⑤禁止用燃着的酒精灯直接点燃另一酒精灯,应用火柴从侧面点燃酒精灯(防止酒精洒出引起火灾).⑥应用外焰加热(外焰温度最高).⑦用完酒精灯后,必须用灯帽盖灭,不可用嘴吹熄.(防止将火焰沿着灯颈吹入灯内)⑧用完后,立即盖上灯帽(防止酒精挥发和灯芯吸水而不易点燃).⑨不要碰倒酒精灯,若有酒精洒到桌面并燃烧起来,应立即用湿布扑盖或撒沙土扑灭火焰,不能用水冲,以免火势蔓延.5. 胶头滴管、滴瓶(1) 用途:①胶头滴管用于吸取和滴加少量液体.②滴瓶用于盛放少量液体药品.(2) 注意事项:①先排空再吸液 ②悬空垂直放在试管口上方,以免沾污染滴管③吸取液体后,应保持胶头在上,不能向下或平放,防止液体倒流,沾污试剂或腐蚀胶头;④除吸同一试剂外,用过后应立即洗净,再去吸取其他药品(防止试剂相互污染.⑤滴瓶上的滴管与瓶配套使用,滴液后应立即插入原瓶内,不得弄脏,也不必用水冲冼.6. 铁架台(包括铁夹和铁圈)(1) 用途:用于固定和支持各种仪器,一般常用于过滤、加热等实验操作.(2) 注意事项:a、铁夹和十字夹缺口位置要向上,以便于操作和保证安全.b、重物要固定在铁架台底座大面一侧,使重心落在底座内.7. 烧杯(1) 用途:用于溶解或配制溶液和较大量试剂的反应容器. (2) 注意事项:受热时外壁要干燥,并放在石棉网上使其受热均匀(防止受热不均使烧杯炸裂),加液量一般不超过容积的1/3(防止加热沸腾使液体外溢).8. 量筒(1) 用途:量取液体的体积(2) 注意事项:不能加热,不能作为反应容器,也不能用作配制或稀释溶液的容器.9.集气瓶(瓶口上边缘磨砂,无塞)(1)用途:①用于收集或短时间贮存少量气体.②用作物质在气体中燃烧的反应器.(2)注意事项:①不能加热②收集或贮存气体时,要配以毛玻璃片遮盖③在瓶内作物质燃烧反应时,若固体生成,瓶底应加少量水或铺少量细沙.10.蒸发皿(1) 用途:用于蒸发液体或浓缩溶液.(2) 注意事项:①盛液量不能超过2/3,防止加热时液体沸腾外溅②均匀加热,不可骤冷(防止破裂)③热的蒸发皿要用坩埚钳夹取.(二)实验室药品取用规则1. 取用药品要做到“三不原则”①不能用手接触药品 ②不要把鼻孔凑到容器口去闻药品(特别是气体)的气味 ③不得尝任何药品的味道(采用招气入鼻法).2. 注意节约药品.如果没有说明用量,液体取用1~2ml,固体只需盖满试管底部.3. 用剩药品要做到“三不一要”①实验剩余的药品既不能放回原瓶 ②也不能随意丢弃 ③更不能拿出实验室 ④要放入指定的容器内.4. 实验中要要注意保护眼睛.(三)固体试剂的称量仪器:托盘天平、药匙(托盘天平只能用于粗略的称量,能称准到0.1克)步骤:调零、放纸片、左物右码、读数、复位使用托盘天平时,要做到①左物右码:添加砝码要用镊子不能用手直接拿砝码,并先大后小;称量完毕,砝码要放回砝码盒,游码要回零.药品的质量=砝码读数+游码读数若左右放颠倒了,药品的质量=砝码读数 - 游码读数②任何药品都不能直接放在盘中称量,干燥固体可放在纸。
物理方法既是科学家研究问题的方法,也是学生在学习物理中常用的方法,新课标也要求学生掌握一些探究问题的物理方法。
常见的物理方法
模型法 即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。如用太阳系模型代表原子结构,用简单的线条代表杠杆等。
叠加法 物理学中常常把微小的、不易测量的同一物理量叠加起来,测量后求平均值的方法俗称“叠加法”。
控制变量法 自然界发生的各种现象,往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律,必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来,使它保持不变,然后来比较,研究其他两个变量之间的关系,这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。初中物理实验大多都用到了这种方法,如通过导体的电流I受到导体电阻R和它两端电压U的影响,在研究电流I与电阻R的关系时,需要保持电压U不变;在研究电流I与电压U的关系时,需要保持电阻R不变。
实验+推理法 有一些物理现象,由于受实验条件所限,无法直接验证,需要我们先进行实验,再进行合理推理得出正确结论,这也是一种常用的科学方法。如将一只闹钟放在密封的玻璃罩内,当罩内空气被抽走时,钟声变小,由此推理出:真空不能传声。
转换法 一些看不见,摸不着的物理现象,不好直接认识它,我们常根据它们表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。如根据电流的热效应来认识电流大小,根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场等。
等效法 在研究物理问题时,有时为了使问题简化,常用一个物理量来代替其他所有物理量,但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力,用总电阻替代各部分电阻,浮力替代液体对物体的各个压力等。
描述法 为了研究问题的方便,我们常用线条等手段来描述各种看不见的现象。如用光线来描述光,用磁感线来描述磁场,用力的图示描述力等。
类比法 在认识一些物理概念时,我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比,以帮助我们理解它。如认识电流大小时,用水流进行类比。认识电压时,用水压进行类比。
1 控制变量法:这个应该是最常见的实验方法。
例如,在“探究压强与哪些因素有关”、“探究电流与电阻的关系”、“研究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系”等实验中都用到了该实验方法。
2 类比法:例如,在学习电流时,为了更好地理解,与生活中熟悉的水流作类比。
实验+推理法:有些理论只有在理想空间里才能通过实验得出,此时,我们可以在现实条件实验的基础上推导出来这些理论。
例如,在初二我们学过牛顿第一定律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。我们知道,物体在运动过程中必定会受到阻力作用,但是我们通过多次实验,可以推出这一结论。
3 描述法:例如,在生活中是不存在光线的,我们为了更好地学习光,才引进了“光线”这一词。
4 转换法:例如,我们在学习“声音是振动产生的”这一知识时,我们把音叉的微小振动转换为乒乓球的摆动。使实验现象更为明显。
5 模型法:我们在学习原子结构时,为了更好地认识原子的内部结构,用太阳系模型代表原子结构。
扩展资料:
物理实验是初高中阶段物理课程中包含的相关实验,包括电学实验、力学实验、热学实验、光学实验等等,常用于验证物理学科的定理定律。
实验物理是相对于理论物理而言,理论物理是从理论上探索自然界未知的物质结构、相互作用和物质运动的基本规律的学科。
理论物理的研究领域涉及粒子物理与原子核物理、统计物理、凝聚态物理、宇宙学等,几乎包括物理学所有分支的基本理论问题。而实验物理主要是从实验上来探索物质世界和自然规律。
实验室使用守则
1、为保护实验仪器和保持环境卫生,学生必须脱鞋进入实验室。
2、实验室是全校师生进行实验教学和科研活动的场所,学生进入实验室后要保持肃静,遵守纪律。
3、做实验前,认真听教师讲解实验目的、步骤、仪器的性能操作、方法和注意事项,认真检查所需仪器设备是否完好齐全,如有缺损要及时向教师报告。
4、实验时要遵守操作规程,按照实验步骤认真操作。
5、实验时要注意安全,防止意外发生。
6、爱护实验室仪器设备。
7、实验完毕要认真清理仪器设备,关闭水源电源。
性质
1.真理性:物理学的理论和实验揭示了自然界的奥秘,反映出物质运动的客观规律。
2.和谐统一性:神秘的太空中天体的运动,在开普勒三定律的描绘下,显出多么的和谐有序。物理学上的几次大统一,也显示出美的感觉。牛顿用三大定律和万有引力定律把天上和地上所有宏观物体统一了。
麦克斯韦电磁理论的建立,又使电和磁实现了统一。爱因斯坦质能方程又把质量和能量建立了统一。光的波粒二象性理论把粒子性、波动性实现了统一。爱因斯坦的相对论又把时间、空间统一了。
3.简洁性:物理规律的数学语言,体现了物理的简洁明快性。如:牛顿第二定律,爱因斯坦的质能方程,法拉第电磁感应定律。
4.对称性:对称一般指物体形状的对称性,深层次的对称表现为事物发展变化或客观规律的对称性。如:物理学中各种晶体的空间点阵结构具有高度的对称性。竖直上抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力与反作用力对称、正粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电等。
5.预测性:正确的物理理论,不仅能解释当时已发现的物理现象,更能预测当时无法探测到的物理现象。例如麦克斯韦电磁理论预测电磁波存在,卢瑟福预言中子的存在,菲涅尔的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松亮斑,狄拉克预言电子的存在。
6.精巧性:物理实验具有精巧性,设计方法的巧妙,使得物理现象更加明显。
参考资料:搜狗百科——物理实验
1、控制变量法:比如“实验探究摆钟摆动的快慢跟哪些因素有关”
2、转换法:比如“探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关”
3、等效替代法:在高中用得较多
4、科学实验法:简称实验法,比如“伏安法测电阻”或“伏安法测小灯泡的大功率”
5、理想实验法:牛顿第一定律的得出(伽利略的理想实验)
6、归纳法:比如“探究杠杆平衡的条件”
7、类比法:比如“对电流(或电压)的认识”(用水流类比电流、用水压类比电压)
1.实验方法 实验方法是整个实验设计的精髓,是做好实验设计的关键所在.现将与中学实验有关的一些最常见的经典的实验方法汇总如下:(1)化学物质的检测方法:①淀粉——碘液 ②还原糖——斐林试剂、班氏试剂 ③CO2——Ca(OH)2溶液或酸碱指示剂 ④乳酸——pH试纸 ⑤O2——余烬复燃 ⑥无O2——火焰熄灭 ⑦蛋白质——双缩脲试剂 ⑧染色体——龙胆紫、醋酸洋红溶液 ⑨DNA——二苯胺试剂 ⑩脂肪——苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液(2)实验结果的显示方法:①光合速率——O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量 ②呼吸速率——O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量 ③原子途径——放射性同位素示踪法 ④细胞液浓度大小——质壁分离 ⑤细胞是否死亡——质壁分离 ⑥甲状腺激素作用——动物耗氧量,发育速度等 ⑦生长激素作用——生长速度(体重变化,身高变化) ⑧胰岛素作用——动物活动状态 ⑨菌量——菌落数或亚甲基蓝溶液褪色程度 ⑩大肠杆菌——伊红—美蓝琼脂培养基(3)实验条件的控制方法:①增加水中氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物 ②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水 ③除去容器中CO2——NaOH溶液 ④除去叶片中原有淀粉——置于黑暗环境 ⑤除去叶片中叶绿素——酒精隔水加热 ⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光 ⑦如何得到单色光——棱镜色散或彩色薄膜滤光 ⑧血液抗凝——加入柠檬酸钠 ⑨线粒体提取——细胞匀浆离心 ⑩骨的脱钙——盐酸溶液 ⑾灭菌方法——微生物培养的关键在于灭菌,对不同材料,灭菌方法不同:培养基用高压蒸气灭菌;接种环用火焰灼烧灭菌;双手用肥皂洗净,擦干后用75%酒精消毒;整个接种过程都在实验室无菌区进行.(4)实验中控制温度的方法:①还原糖鉴定:水浴煮沸加热 ②酶促反应:水浴保温 ③用酒精溶解叶中的叶绿素:酒精要隔水加热 ④DNA的鉴定:水浴煮沸加热 ⑤细胞和组织培养以及微生物培养:恒温培养2.斐林试剂、班氏试剂与尿糖试纸 这三种物质均可用来检验含醛基的有机物的存在,在医学上用来检验糖尿病,其原理均是利用了Cu2+的氧化性把醛基氧化,但成分略有不同:斐林试剂:即硫酸铜、氢氧化钠和酒石酸钾钠组成的蓝色混合溶液.分为斐林试剂A和斐林试剂B,A为CuSO4溶液,B为氢氧化钠和酒石酸钾钠的混合溶液,使用时将A、B等体积混合即成斐林试剂.班氏试剂:即硫酸铜、碳酸钠和柠檬酸钠组成的混合液,又叫本尼迪克特(Benedict)试剂,它与醛反应的结果是与斐林试剂一致的,只是比斐林试剂更稳定,所以在临床化验中更常使用.尿糖试纸:又叫硫酸铜试纸,呈白色,带蓝色斑点,用于糖尿病患者的尿糖测试.每片含硫酸铜20毫克,枸橼酸300毫克,碳酸钠80毫克,氢氧化钠235毫克.尿糖试纸法快速、方便,试纸的正确使用方法为:将试纸条放在尿液中浸湿,一秒钟后取出,在一分钟内观察试纸的颜色,并与标准色板对照,根据不同的颜色来确定尿糖阳性的程度.3.斐林试剂和双缩脲试剂的比较 相同点:①都由NaOH溶液和CuSO4溶液构成;②斐林试剂甲液和双缩脲试剂A都为0.1g/mLNaOH溶液.不同点:①CuSO4溶液浓度不一样:斐林试剂乙液为0.05g/mLCuSO4溶液,双缩脲试剂B为0.01g/mLCuSO4溶液.②配制比例不一样.③使用方法不一样:斐林试剂是甲、乙液一起混合后再使用,双缩脲试剂则是先向待鉴定材料加入A试剂摇匀后,再加入试剂B.④鉴定的对象不一样:斐林试剂鉴定的是还原糖,双缩脲试剂鉴定的是蛋白质.⑤反应本质及颜色反应不一样.4.苏丹Ⅲ染液与苏丹Ⅳ染液的比较 都是用来鉴定脂肪.苏丹Ⅳ染液更易溶于脂肪,所以染色更深,同时要求染色时间更短.生物学中常用的试剂:1、斐林试剂: 成分:0.1g/ml NaOH(甲液)和0.05g/ml CuSO4(乙液).用法:将斐林试剂甲液和乙液等体积混合,再将混合后的斐林试剂倒入待测液,水浴加热或直接加热,如待测液中存在还原糖,则呈砖红色.2、班氏糖定性试剂:为蓝色溶液.和葡萄糖混合后沸水浴会出现砖红色沉淀.用于尿糖的测定.3、双缩脲试剂:成分:0.1g/ml NaOH(甲液)和0.01g/ml CuSO4(乙液).用法:向待测液中先加入2ml甲液,摇匀,再向其中加入3~4滴乙液,摇匀.如待测中存在蛋白质,则呈现紫色.4、苏丹Ⅲ:用法:取苏丹Ⅲ颗粒溶于95%的酒精中,摇匀.用于检测脂肪.可将脂肪染成橘黄色(被苏丹Ⅳ染成红色).5、二苯胺:用于鉴定DNA.DNA遇二苯胺(沸水浴)会被染成蓝色.6、甲基绿:用于鉴定DNA.DNA遇甲基绿(常温)会被染成蓝绿色.(甲基绿使DNA呈现绿色,吡罗红使RNA呈现红色.)7、50%的酒精溶液:在脂肪鉴定中,用苏丹Ⅲ染液染色,再用50%的酒精溶液洗去浮色.8、75%的酒精溶液:用于杀菌消毒,75%的酒精能渗入细胞内,使蛋白质凝固变性.低于这个浓度,酒精的渗透脱水作用减弱,杀菌力不强;而高于这个浓度,则会使细菌表面蛋白质迅速脱水,凝固成膜,妨碍酒精透入,削弱杀菌能力.75%的酒精溶液常用于手术前、打针、换药、针灸前皮肤脱碘消毒以及机械消毒等.9、95%的酒精溶液:冷却的体积分数为95%的酒精可用于凝集DNA.10、。
一、控制变量法 指在物理实验中往往存在着多种变化的因素,为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变,依次研究某一个因素的影响。
是在初中物理实验中用的最多的研究方法,如研究影响蒸发快慢的因素实验;探究电流与电压、电阻关系的实验;探究电阻与那些因素有关的实验?;探究动能、重力势能与那些因素有关的实验; 最典型的例子是高中《验证牛顿第二运动定律》的实验,我们研究的方法是:先保持物体的质量一定,研究加速度与力的关系,再保持力不变研究加速度与质量的关系,最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系。 二、累积法 将微小量累积后测量求平均的方法,能减小相对误差。
实验中也经常涉及这一方法。例如,测一张纸的厚度可测100张纸的厚度再求一张纸的厚度;在《用单摆测定重力加速度》实验中,需要测定单摆周期,用秒表测一次全振动的时间误差很大,于是采用测量30-50次全振动的时间T,从而求出单摆的周期T=t/n(n为全振动次数)。
又如在《测定金属电阻率》的实验中,若没有螺旋测微器时,也可把金属在铅笔上密绕若干圈,由线圈总长度来测出金属丝的直径。 三、转换法 某些物理量不容易直接测量,或某些现象直接显示有困难,可以采取把所要观测的变量转换成其它变量(力、热、声、光、电等物理量)的相互转换进行间接观察和测量,这就是转换法,如磁铁的磁性强弱可以通过吸引大头针的多少来见接显示;风力的大小可以通过树的弯曲成程度来观察;又如卡文迪许《利用扭秤装置测定万有引力恒量实验》为例:其基本的思维方法便是等效转换。
卡文迪许扭秤发生扭转后,引力对T 形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产主的扭转力矩这就是等效转换,间接地达到了无法达到的目的。本实验中转换法还应用于石英丝扭转角度的测量上,这个角度不是直接测出的,而是利用平面镜反射光在刻度尺上移动的距离间接测出的。
转换法是一种较高层次的思维方法。是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。
如变曲为直实际上就是该方法的应用。理想化法:影响物理现象的因素往往复杂多变,实验中常可采用忽略某些次要因素或假设一些理想条件的办法,以突出现象的本质因素,便于深入研究,从而取得实际情况下合理的近似结果(通俗他说就是抓大放小)。
例如在《用单摆测定重力加速度》的实验中,假设悬线不可伸长,悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力不计;在电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表,电流表变成内阻等于0的理想电流表等等实际都采用了理想化法。 四、放大法 在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下,往往采用放大法。
根据实验的性质和放大对象的不同,放大所使用的物理方法也各异。例如,在《测定金属电阻率》实验中所便用的螺旋测微器,主尺上前进(或后退)0.5毫米,对应副尺上有5n个等分,实际上是对长度的机械放大;许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。
又比如在《卡文迪许扭实验》,其测定万有引力恒量的思路最后转移到光点的移动(跟“库仑静电力扭枰实验一样),都是将微小形变放大方法的具体应用。 五、平衡法 物理学中常常利用一个量的作用与另一个(或几个)量的作用相同、相当或相反来设计实验,制作仪器,进行测量。
例如测量中的基本工具弹簧秤的设计是利用了力的平衡,天平的设计是根据力矩的平衡;温度计是利用了热的平衡。 六、留迹法 有些物理现象瞬间即逝,如运动物体所处的位置,轨迹或图像等,设法记录下来,以便从容地测量、比较和研究。
例如:在《测定匀变速直线运动的加速度》、《验证牛顿第二运动定律》、《验证机械能守恒定律》等实验中,就是通过纸带上打出的点记录下小车(或重物)在不同时刻的位置,(位移)及所对应的时刻,从而可从容计算小车在各个位置或时刻的速度并求出加速度;对于简谐运动,则是通过摆动的漏斗漏出的细沙落在匀速拉动的硬纸板上而记录下各个时刻摆的位置,从而很方便地研究简谐运动的图像;又如利用闪光照相记录自由落体运动的轨迹等实际。都采用了留迹法。
七、模拟法 有时受客观条件限制,不能对某些物理现象送行直接实验和测量,于是就人为地创造一定的模拟条件,在这样模拟的条件下进行实验。例如在《电场中等势线的描绘》实验中,因为对静电场直接测量很困难,故采用易测量的电流场来模拟。
又如在确定磁场中磁感线的分布,因为磁感线实际不存在。我们就用铁屑的分布来模拟磁感线的存在。
此外在中学物理实验中还有比较法、替代法、补偿法等。物理作为一门建立在实验基础之上的学科,由于中考和高考内容日趋拓宽,知识交叉部分(特别实行理综考试)越来越多,能力要求也就更加突出。
所以迫切需要摒弃“实验无关紧要”、“讲比做好”等错误观念,认真领悟实验中的研究方法,只有这样,才能切实抓好实验教学工作,另外对学生整体物理水平的提高有极大的帮助。所以,我们在平时的教学中一定要重视物理实验的研究方法,加强对学生的引导,使他们真正领会物理实验方法。
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