⑴ 大学物理实验都有哪些
大学物理实验有:杨氏模量,迈克尔逊干涉仪,全息照相,衍射光栅,单缝衍射,光电效应,用分光计测量玻璃折射率,透镜组基点的测量,测量波的传播速度,密里根油滴实验,模拟示波器的使用,磁电阻巨磁电阻测量,半导体电光光电器件特性测量、等厚干涉
1、杨氏模量
杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时,F/S叫应力,其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力;ΔL/L叫应变,其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。
2、迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪,是1881年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作,为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。
3、等厚干涉
等厚干涉是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹.薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹,故称等厚干涉.(牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉.)
4、示波器的使用
波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器的工作原理)。
5、电桥法测电阻
采用典型的四线制测量法。以期提高测量电阻(尤其是低阻)的准确度。程控恒流源、程控前置放大器、A/D转换器构成了测量电路的主体。中央控制单元通过控制恒流源给外部待测负载施加一个恒定、高精度的电流,然后,将所获得的数据(包括测试电压、当前的测试电流等)进行处理,得到实际电阻值。
⑵ 《大学物理实验在物理学中的作用》
实验在物理学中的地位和作用
一、引言:
物理学从本质上看是一门实验科学。物理实验在物理学的发展和物理学教育中占有重要地位。可以说,离开了物理实验,就无法了解物理学。正因为如此,在物理学的研究和教学中,对于物理实验历来十分重视,无论从实验的设计、仪器的制作和调试,还是到实验过程的控制、实验结果的分析等各个环节,都强调一丝不苟。想比之下,对于与此有关联的思想实验却介绍不多。因此,对物理学中的思想试验进行纵向的历史考察,横向的比较研究,是十分必要的。有助于物理学的研究和教学。
二、思想实验的一般考察
伽利略是位近代物理学的先驱者。他对物理学作出了多方面的贡献。其中,他发现的落体定律和惯性定律,为近代物理学提供了两快坚固的基石。伽利略的成功,得益于他率先采用了科学的物理实验,更得益于他独创的物理实验与思想实验相结合的科学方法。伽利略的出色工作,表明了他既是一位物理学的大师,也是一位进行思想实验的先驱。
众所周知,在相当长的一段时间内,人们对于力和运动等物理现象、物理规律的认识,一直受到亚里士多德学说的束缚。亚里士多德认为:物体运动速度的大小和有无,是由它是否受力以及力的大小直接决定的;地面上轻重不同的物体下落速度不同;重物下落较快,轻物下落较慢,对此也曾有人反对过他的错误说法,但都因为没有确切的实验和理论的认证,所以没有被人重视。第一个成功的打破亚里士多德的错误权威的正是伽理略。伽利略巧妙地运用思想实验否定了这一统全欧洲近两千年的错误理论。
物体下落的速度和物重成正比。伽利略在他的着作《关于两种新科学的谈话和数学证明》中写道:“我十分怀疑亚里士多德曾用实验验证过。当两个石头,一个的重量是另一个的10倍,从同一高度,如100库比特,下落时,其速度的差别会达到这样的程度,以致前者着地时,后者还不超过10库比特。”加利略紧紧抓住这一疑点,设计了思想实验来进行分析和论证。他指出:如果亚里士多德的论断成立的话,即重物比轻物体下落得快,那么,当重物体和轻物体绑在一起下落时,由于快的受慢的阻碍而减慢。慢的受快的驱使而加快,其结果绑在一起的物体下落速度一定介于原来两个物体的速度之间,即小于原来重物体下落的速度。但是,两个物体绑在一起就成了一个复合体,它比原来的重的物体还要重,按亚里士多德的论断复合体下落的速度要大于原来重物体下落的速度,这就和上面的结论相矛盾了。由此可知,重物体下落不会比轻物体下落的快,二者下落的速度应该是相等的。正是这一思想实验,坚定了伽利略落体实验的信心和决心。
在否定了亚里士多德的落体定律之后,伽利略进一步对自由落体运动进行了定量研究。他根据对自由落体运动的定性观察结果:速度越来越快的基础上,假设自由落体运动是一种匀加速运动,在1590—1592年期间进行了大量的落体实验。但在当时的测试条件下,不可能立即用实验来证实这一假设,伽利略便用思想实验与真实实验相结合的方法解决这个难题。他借助于数学,求出了从静止开始的匀加速运动的距离s与时间t的关系,即:s/t²=常量.这时不包括任何速率,只要直接测定s和t就行了。
但是,物体的自由下落还是太快了,在当时无法精确测定。伽利略想用不太快的运动来测量,即用斜面代替落体实验,经过多次的反复实验测定,得到如下结果:
(1)当斜面倾角固定时,球滚过的距离s与所用时间t的平方之比为一常数,即:s/t²=c.
(2)改变斜面的倾角,s/t²的值随之改变,但小球通过的距离与时间平方成正比关系不变,变化的仅是比例常数。
伽利略用思想实验把这个结果推向极端——当倾角为90º时。即物体作自由落体时,这个论断也成立。他由此得出结论,自由下落运动是匀加速运动。
伽利略对自己所独创的物理实验和思想实验相结合的科学方法感到由衷的高兴。
伽利略之后,随着科技的发展和认识活动的深入,思想实验在物理学中得到了日益广泛、自觉的运用,出现了马赫、爱因斯坦等善于使用思想实验的物理学家。物理学的各个分支中,产生了一些着名的思想实验。例如,在力学中,马赫对“牛顿旋转水桶”的思想实验。否定了牛顿的绝对时空和绝对运动。在量子力学中,有证明粒子波动性的单电子衍射实验,能量势阱等思想实验,证明测不准关系的理想显微镜实验,电子束单缝衍射实验。在相对论中,有证明同时性相对性的“爱因斯坦列车”“光子火箭”的思想实验等等。可以说没有思想实验,物理学的发展是困难的,它的理论体系建立不起来。
对此,爱因斯坦曾评价说“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端”。
三、思想实验的基本特点
从对物理学中的思想实验的历史考察,我们可以看到:思想实验是按真实实验的格式展开的一种复杂的思维推理活动。其思想操作包括以下几个方面:(1)对从未进行过的或潜在的可以实现的实验的预想;(2)对真实实验的理想化抽象或外推,即理想实验;(3)现实中不存在,与经验相矛盾,但逻辑上讲得通,物理学上有意义的抽象。这种思想实验操作不必物化就可以得到确定的结论。由此可见,物理学中的思想实验具有以下基本特点:
1、具有实验的可操作性
思想实验不是实际进行的实验,但是之所以被称为实验,是因为这种思维活动是按照实验的格式而展开,是可操作的。R.哈里指出:“所谓思想实验是想象中操作模型时形成的。”
思想实验的操作者根据自己的认识和思考,使用储存于头脑中的经验表象,语言材料,通过分析、想象、类比、猜测和逻辑推理,进行想象的操作。
思想实验使用的假想仪器是假想主体对客体作用的基本手段。爱因斯坦在确定同时性的程序定义时,认为光按直线以恒速传播,核对两个同样钟的同步的程序是:测好两只钟的距离,找到它们的中点,守在两只钟旁的两个观察者,当各自的钟指向七点时发信号,如两信号在中点相遇时,则这两只钟便是同步的了。
假想客体不断变化的形象是思想实验最主要的内容,也是思想实验操作的必然过程,假想的主体和仪器都是为此而存在,并在对假想客体的观察和作用的过程中,揭露被研究事物的本质和相互关系,从而达到思想实验预定的目的。
2、具有严密的逻辑性。
在思想实验进行过程中,逻辑推理是他的基本指向。物理学家在构思思想实验时,想象是充分自由的:他可以根据自己掌握的经验和知识,当时的科学水平,就被研究的客体进行充分的联想,联想从何而发,向何方向延伸也是随机的,当众多的形象材料,经验表象在物理学家脑海中涌现时,其展开和联系则常常求助于与此有关的概念和关系。这些概念和关系既同下一步的逻辑思维联系着,又同构思前预定的目标联系着。只要逻辑推理允许,它甚至也接纳那些违背“经验事实”的,或与已确定的“物理规律”相对立的表象进入思想实验之中。
所以思想实验的操作过程,既是想象自由展开的过程,又是逻辑运动的过程,在这中间,逻辑起着主导作用,它引导,控制着想象,保持想象既是丰富的,又不是胡思乱想。想象活动为逻辑运动提供了可靠的素材基础,逻辑运动在想象提供的形象活动中操作展开。两着相辅相成,浑为一体。
3、具有高度的创造性
物理学家思想实验的目的,是为了揭示事物内部的规律性。因此,其探索是前无先例的,带有高度的创造性。爱因斯坦和英费尔德在,《物理学的进化》中指出:“任何一个理论的目的是指导我们理解新情况,启发我们做新的实验,从而发现新的现象和定律。”思想实验也是如此。法国物理学家和工程师卡诺在研究热效率和热机效率时,受瀑布落差的启示,进行了“卡诺循环“的思想实验,他构思用两个理想的等温过程和两个理想的绝热过程来完成一个热力学循环。通过这样一个理想的热力学循环的思想实验。卡诺得到了热机的最高热效率等于T2-T1/T1,创造性地解决了热机效率问题。
四、思想实验的积极作用
思想实验对物理学的发展具有积极作用,主要表现如下:
1、强烈的质疑批判作用
运用思想实验,往往从传统的理论质疑入手,从而生动准确地揭露旧理论的缺陷,批驳旧理论的错误。
当时在整个欧洲享有至高无上威望的亚里士多德归纳他的力学理论:推一个物体的力不再去推它时,原来运动的物体便归于静止。这个理论统治人们的思想长达两千多年的历史。对此,伽利略提出质疑,在斜面实验的基础上进行思想实验,认为:“一个运动的物体假如有了某种速度之后,只要没有增加或减少速度的外部原因,便会始终保持这个速度——这个条件只有在水平面上才有可能,因为假如在沿斜面运动的情况里,朝下运动则有了加速的起因,而朝上运动,则已经有了减速的起因。由此可知,只有水平面上运动才是不变的,因为假如速度是不变的,运动既不会减小,更不会消灭。”在这里伽利略对亚里士多德的缺陷,正确区分了速度和速度的变化,提出了“惯性”的思想,得到了力与速度改变之间的联系这一崭新的力学理论,从而否定了力与速度本身之间联系的旧理论。
2、深刻的认识创新作用
思想实验的运用,能够深化人们的认识,开拓新的研究方向,推进物理学的发展。
五、思想实验与真实实验的相互关系
思想实验与真实实验存在着原则的区别:真实实验是一种科学的实验活动。它是在尽可能地排除外界的许多影响,突出主要因素,并能细腻地观察到各种之间相互关系的条件下,使某一事物(或过程)重演起初实验源于实践又高于实践,是发现、检验物理学理论的唯一标准。思想实验是一种理性的思维活动。它不是脱离实际的主观臆想,而是以实际为基础按照实验的格式操作展开,对实践过程做出更深入一层的抽象分析,其推理过程是以一定的逻辑法则为根据的。它是一种相对独立的科学方法。
思想实验和真实实验又是紧密联系和互补的。物理学中的理论、规律是从大量实验事实中概括出来的,物理学中的假设、争论也有赖于真实实验的验证。在真实实验中,物理学有为了获取关于自然界的规律性认识,通过仪器设备等手段对客体进行严密控制和有目的的变革。这样,在真实实验开始前对实验过程的预想和设计,在观测后对经验材料的分析和概括,都得借助一理性思维。有时两者往往密不可分地穿插在一起,真实实验为思想实验提供经验材料,思想实验对经验材料进行理性加工,并为真实实验提供理论指导,从伽利略发现落体定律和惯性定律的活动中,可以明显看到这一点。
在物理学研究中,思想实验能够成为一种不可代替的科学方法,还由于思想实验以其科学思维的严密性、精确性补充了真实实验的不足。
应该指出,现代物理学已发展到理论科学阶段,认识活动日益远离日常经验和人们的直觉,深入感觉不能直接感知的微观和宏观领域,事物的现象和本质之间关系越来越复杂隐蔽。物理学研究活动所需的仪器设备也日趋精细庞杂,理性思维的地位更加突出。思想实验作为一种科学方法将在更广阔的领域中应用。
六、结论
对思想实验的考察和分析告诉我们:思想实验是深入进行物理学研究和教学的重要方法之一。爱因斯坦指出:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要,因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度去看旧的问题,却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步。”为此,我们应该在进行真实实验的基础上,加强对思想实验的研究,启迪思维,把物理学的研究引向深入,使教学引人入胜,更有成效。
参 考 文 献
[1]A.爱因斯坦、L.英费尔德《物理学的进化》,上海科学技术出版社,1962年。
[2]T.S.库思:“思想实验的作用”,《必要的张力》,福建人民出版社,1981年。
[3]WI.B.贝费里奇:《科学研究的艺术》科学出版社,1979年。
[4]高文武:“简论思想实验”,《自然辩证法通讯》,1982年第二期。
[5]《物理学史专题讲座汇编》,北京物理学会,1983年。
⑶ 大学物理实验有哪些
⑷ 大学物理实验选什么好过两天要选实验了,真不知道该选
我要求:简要写公式画相关光路图、电路图能各校要求问问授课师
⑸ 大学物理实验 哪个好做
霍尔效应好做。
霍尔效应是电磁效应的一种,这一现象是美国物理学家霍尔(E.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机制时发现的。
当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场,从而在半导体的两端产生电势差,这一现象就是霍尔效应,这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。
应用
霍尔器件通过检测磁场变化,转变为电信号输出,可用于监视和测量汽车各部件运行参数的变化。例如位置、位移、角度、角速度、转速等等,并可将这些变量进行二次变换;可测量压力、质量、液位、流速、流量等。霍尔器件输出量直接与电控单元接口,可实现自动检测。
如今的霍尔器件都可承受一定的振动,可在零下40摄氏度到零上150摄氏度范围内工作,全部密封不受水油污染,完全能够适应汽车的恶劣工作环境。
⑹ 二战后物理学最重要的实验有哪些
核磁共振(1946)
Edward Purcell和Felix Bloch分别用共振吸收和核磁感应法测量核磁矩,实现了核磁共振。二人因此获得1952年Nobel物理学奖。
Lamb位移(1947)
由Willis Lamb和Robert Retherford发现。Lamb位移是量子电动力学的第一个实验证据。其说明即便最简单的氢原子,量子力学也不能完整描述,而需要用量子电动力学。Lamb因此获得1955年Nobel物理学奖。
电子反常磁矩(1947)
反常磁矩包括电子和μ子的反常磁矩。前者由Polykarp Kusch精确测量,并因此获1955年Nobel物理学奖。反常磁矩同Lamb位移一起,是量子电动力学的最重要的实验支柱。
π介子(1947)
由Cecil Powell等人在宇宙线中发现。Powell因此获得1950年Nobel物理学奖。而在1949年,汤川秀树则因为理论预测π介子存在获得Nobel奖。π介子是最轻也是最重要的介子,对研究低能强相互作用有重要作用。
晶体管(1947)
由Bell实验室的John Bardeen、Walter Brattain和William Shockley发明。三人因此获得1956年Nobel物理学奖。没有晶体管就没有现代文明。
全息摄影(1947)
Dennis Gabor于电子显微镜技术中发现全息技术的原理,并因此获得1971年Nobel物理学奖。全息技术在激光发明后才有实质进展。Yuri Denisyuk在1962年拍摄了世界上第一张全息照片。
微波激射器(1953,1955)
即激光的前身,和激光的区别是前者为可见光,后者是微波。由美国的Charles Hard Townes和前苏联Nikolay Basov和Aleksandr Prokhorov两组人各自独立实现。三人因此分享1964年Nobel物理学奖。
反质子(1955)
是继正电子之后,发现的第二个反粒子。由Owen Chamberlain和Emilio Gino Segrè发现,二人因此获得1959年Nobel物理学奖。
反中子(1956)
由Bruce Cork发现。因为中子整体不带电,反中子指的是内部的三个夸克与中子内部的三个夸克相反。
中微子(1956)
中微子由W. Pauli于1930年理论上提出。1956年,Clyde Cowan和Frederick Reines在β衰变中首次证实电子型中微子的存在。
弱相互作用中宇称不守恒(1957)
由杨振宁、李政道1956年理论上提出,吴健雄等人于1957年1月做出实验验证。前二位得了同年的Nobel奖。“宇称”是指波函数/场在空间坐标反号下的变换性质。电磁和强相互作用不改变这种变换性质,被称作“宇称守恒”;弱相互作用改变,被称作“宇称不守恒”。
半导体/超导体量子隧道效应(1957,1960)
量子力学中物体有一定概率穿过经典上无法穿过的势垒,即量子隧道效应。1957年Sony公司的江崎玲于奈在高频晶体管中发现负电阻现象,1960年Ivan Giaever证实超导体中存在隧道效应。二人因此与Josephson效应的提出者B. Josephson分享了1973年Nobel物理学奖。
Mössbauer效应(1958)
由Rudolf Mößbauer发现,并因此获得1961年Nobel物理学奖。Mössbauer效应是Gamma射线的无反冲共振吸收,本质上也是一种核磁共振。其可用于研究原子核与周围环境的超精细相互作用,是一种非常精确的测量手段。
Pound-Rebka实验(1959)
广义相对论最早的精确实验、同时也是三大经典验证(另两个是水星进动和光线偏折)之一。Robert Pound及其研究生Glen Rebka通过测量哈佛大学Jefferson塔顶端和底端两个辐射源频率,得到了与广义相对论预言一致的相对论红移。
光泵(1950s)
光泵即是用光将原子或分子中的电子从低能级激发到高能级。由Alfred Kastler在1950年代发展,并因此获得1966年的Nobel物理学奖。
红宝石激光器(1960)
1960年5月16日,Theodore Maiman利用红宝石(掺铬的氧化铝结晶)获得了波长为0.6943微米的激光。这是人类有史以来获得的第一束激光。
电子双缝衍射(1961)
这是Thomas Yang光的双缝衍射的电子版。1961年由Claus Jönsson第一个做出,是电子波动性的最直观体现。1974年Pier Merli进一步将电子一个一个单独发射,同样观测到了衍射。
μ中微子(1962)
1962年,Leon Lederman,Melvin Schwartz和Jack Steinberger证实了μ中微子和电子型中微子是不同的中微子。三人因此获得1988年Nobel物理学奖。
合成孔径射电望远镜(1962)
由Cavendish实验室的Martin Ryle发明。用相隔两地的射电望远镜接收同一天体的射电,等效分辨率最高等于一架口径为两地距离的射电望远镜。目前广泛应用的长基线干涉技术,将全球的射电望远镜综合起来,从而获得等效口径为地球直径的射电望远镜。M. Ryle与脉冲星的发现者A. Hewish分享了1974年Nobel物理学奖。
Josephson效应(1963)
电子通过两块超导体中间一层薄绝缘材料的量子隧道效应,由Brian Josephson于1962年预言。Bell实验室的Philip Anderson和John Rowell在实验上验证了的这一效应。Josephson因此与另两位隧道效应发现人江崎玲于奈和I. Giaever分享了1973年Nobel物理学奖。
星际有机分子(1963)
星际有机分子是20世纪60年代天文学四大发现之一。1963年,于仙后座探测到了羟基(OH)。随后1968年在银河系中心区探测到了氨(NH3)和水,1969年发现了甲醛(HCHO)。到1991年,科学家已经陆续发现了超过100种星际分子。星际有机分子可供研究星系及恒星的演化,以及探索地外生命。
宇宙微波背景辐射(1964)
宇宙早期曾经被光充满,这些光就变成今天的背景辐射,峰值在微波波段。1964年由Bell实验室的Arno Penzias和Robert Wilson第一个探测到。二人因此获得1978年Nobel物理学奖。微波背景辐射是大爆炸理论的直接推论,对其的观测是目前早期宇宙学的主要实验手段之一。
CP破坏(1964)
电荷共轭和宇称的联合对称性被称为CP对称性。James Cronin和Val Fitch在中性K介子的衰变(弱相互作用)中首次发现CP对称被破坏。二人因此共享了1980年Nobel物理学奖。CP破坏对解释今天宇宙中物质的数量超过反物质的数量有极其重要的意义。
脉冲星(1967)
脉冲星是一种快速旋转的中子星,其快速旋转的强磁场使得带电粒子发出同步辐射。Cavendish实验室的Antony Hewish及其研究生Jocelyn Burnell发现了第一颗脉冲星PSR1919+21。Hewish因此与合成孔径射电望远镜的发明者M. Ryle共享了1974年Nobel物理学奖。
Gamma射线暴(1967)
天空中某一方向Gamma射线强度突然增强又迅速减弱的现象,由美国的帆船座卫星于1967年首次观测到。普遍认为Gamma暴是来自超新星、恒星塌缩或者黑洞。Gamma暴是目前天文学、宇宙学中最活跃的领域之一。
深度非弹性散射(1968)
指用轻子(电子、中微子等)轰击强子(质子、中子等)的过程。深度非弹性散射提供了夸克(强子内部结构)存在的第一个证据。这一实验由Jerome Friedman,Henry Kendall和Richard Edward Taylor领导完成,三人因此获得1990年Nobel物理学奖。
中微子振荡(1968,1998)
1968年,在以Raymond Davis和John N. Bahcall领导的“Homestake实验机”中,发现观测到的中微子流量与标准太阳模型预测的不符。这是实验中人们第一次观测到和中微子振荡有关的现象。1998年6月5日,日本超级神冈探测器首次发现了中微子振荡的确切证据。R. Davis和神冈探测器负责人小柴昌俊因此获得2002年Nobel物理学奖。
电荷耦合器件(1969)
这是现在所有光学成像设备的基础。相机、手机、摄像头中都有一块电荷耦合器件(CCD)。由Bell实验室的Willard Boyle和George Smith发明。二人与光纤通讯发明人高锟一起,分享了2009年Nobel物理学奖。
光纤(1970)
1966年,英籍华人高锟首次利用无线电波导通信的原理,提出了低损耗的光导纤维(光纤)的概念。1970年,美国Corning公司首次研制成功石英光纤。同年,Bell实验室研制成功室温下连续振荡的半导体激光器。光纤通信时代从此开启。高锟因此与电荷耦合器件的发明人W. Boyle和G. Smith一起分享了2009年Nobel物理学奖。
Hafele-Keating实验(1971)
Joseph Hafele和Richard Keating通过安装在商业飞机上的铯原子钟,比较了绕地球向东、向西各飞行一圈和呆在原地三种情况下的时钟快慢,结果与相对论预言一致。
Bell不等式实验(1972-)
Bell不等式简言之,即是说任何定域隐变量理论不可能重复量子力学的全部统计预言。其所要验证的,是量子力学和爱因斯坦的“隐变量”(局域实在论)哪个才是真实世界的理论。这是非常基础的物理乃至哲学问题。1972年,Stuart Freedman和John Clauser做了第一个Bell不等式实验。1981-82年,Alain Aspect等人第一次在精确意义上对EPR作出检验,证实了“量子纠缠”的存在。至今40年间,大量实验表明Bell不等式不成立,即量子力学才是正确的理论,世界在本质上是非局域的。
弱中性流(1973)
弱中性流是由Z玻色子传递的弱相互作用形式。由F.J.Hasert领导下在CERN发现。弱中性流的发现支持了支持了Abs Salam、Sheldon Glashow和Steven Weinberg的电弱统一理论,并最终导致了W±和Z0玻色子的发现。以上三位理论家因此分享了1979年Nobel物理学奖。
射电脉冲双星(1974)
Russell Hulse和Joseph Taylor发现了第一颗射电脉冲双星PSR 1913+16,它们是两颗互相环绕的脉冲星。通过精确地测量射电脉冲双星轨道周期的变化可以间接检测引力波的存在,从而验证广义相对论。二人也因此获得1993年的Nobel物理学奖。
J/Psi粒子(1974)
由丁肇中与Burton Richter各自领导的小组分别独立发现。二人因此分享1976年Nobel物理学奖。
引力探测器A(1976)
NASA和哈佛Smithsonian天文台于1976年发射“引力探测器A”火箭,上面携带一个了氢原子钟(hydrogen maser,氢原子微波激射器)。其证实了天上的钟走得比地球上的慢,即广义相对论的引力时间膨胀效应。
红移巡天(1977-)
通过测量大量天体红移值,可以确定其距离,从而研究宇宙的大尺度结构。始于1977年的CfA红移巡天是第一个红移巡天实验。目前最大的两个红移巡天项目是:始于2000年的“Sloan数字巡天”(Sloan Digital Sky Survey)和“2度视场星系红移巡天”Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey(1997-2002)。
激光冷却(1978)
通过吸收和自发辐射光子,可减少原子的动量,获得超低温原子。这一技术由Dave Wineland,Robert Drullinger和Fred Walls首次实现。D. Wineland后来因单量子态测量与操控与S. Haroche共享了2012年Nobel物理学奖。
引力透镜(1979)
引力能将光线扭曲,于是就有引力透镜。Dennis Walsh,Robert Carswell和Ray Weymann通过对类星体Q0957+561的研究,发现了第一个引力透镜。
整数量子Hall效应(1980)
处于磁场中的导体,因内部电子受Lorentz力偏转而产生垂直电压的现象即Hall效应。量子Hall效应则是其量子版本。其是过去20多年凝聚态物理最重要的进展之一。由Klaus von Klitzing于高强磁场的二维电子气体中观测到,并因此获得1985年Nobel物理学奖。
扫描隧道显微镜(1981)
一种利用量子力学隧道效应探测物质表面结构的仪器。由Gerd Binnig和Heinrich Rohrer在IBM的实验室中发明。两人因此与电子显微镜的发明者E. Ruska共享了1986年Nobel物理学奖。
分数量子Hall效应(1982)
量子Hall效应的分数版本。这一发现揭示了凝聚态物理中准粒子的重要性,以及Landau对称性破缺理论的局限。由崔琦、Horst Störmer和A. C. Gossard发现。前两人与这一现象的理论解释者Robert Laughlin共享了1998年Nobel物理学奖。
W±和Z0中间玻色子(1983)
类似于光子是电磁相互作用的媒介粒子,W±和Z0玻色子是弱相互作用的媒介粒子。这一发现极大支持了电弱统一理论(类似Hertz发现电磁波是Maxwell电磁理论的绝佳证据一样)。由Carlo Rubbia和Simon Van der Meer领导下在欧洲核子研究中心发现,二人因此获得1984年Nobel物理学奖。
激光冷却与捕获原子(1985)
由朱棣文和William Daniel Phillips于1985年首次实现,获得了极低温度(240μK)的钠原子气体。Claude Cohen-Tannoudji等人于1995年也将铯原子冷却至2.8nK。由于热运动被消除,从而可以实现原子的囚禁和捕获原子。这一技术极大提高了光谱分析和原子钟的精度,并导致了真正的Bose-Einstein凝聚。朱棣文等三人因此共享了1997年Nobel物理学奖。
高温超导(1986)
IBM的Karl Müller and Johannes Bednorz使用铜氧化物首次获得高温超导。两人因此获得1987年Nobel物理学奖。
超新星SN 1987A(1987)
1987年2月,在大麦哲伦星云发生了超新星1987A的爆发。日本的神冈探测器和美国Homestake探测器几乎同时接收到了来自超新星1987A的19个中微子,这是人类首次探测到太阳系外的中微子。
COBE卫星(1989)
1989年升空的COBE(Cosmic Background Explorer)卫星,是专门探测宇宙微波背景辐射的第一颗卫星。COBE证实了宇宙背景辐射的高度各向同性,且精确符合温度约为2.726K的黑体辐射谱;同时银河系相对于背景辐射存在相对运动。COBE最重要的发现是证实了微波背景辐射温度涨落的存在。COBE的领导者John Mather和George Smoot因此获得2006年Nobel物理学奖。
量子Zeno效应(1989-)
“芝诺效应”的量子版本,由George Sudarshan和Baidyanath Misra于1977年在理论上提出。量子Zeno效应的实质是认为观测会延缓乃至“冻结”量子系统的演化。1989年David Wineland在一个双能级量子系统中观测到了量子Zeno效应的存在。至今有大量实验表明观测(环境)会抑制量子系统的演化。
单量子态测量与操控(1980s-)
对单量子态的测量与操控,是量子力学的最直接的检验。Serge Haroche以中性原子为研究对象,实现了原子辐射的腔增强效应、量子退相干、量子纠缠、Fock态光场的产生、单个光子的量子非破坏测量以及单个光子从产生到湮灭的整个过程的观测等等。David Wineland以带电离子为对象,将单个离子冷却到其质心运动的基态,实现了薛定谔猫态、位置-动量空间负值Wigner函数量子态的产生、物质粒子间的量子隐形传送等。二人共享了2012年Nobel物理学奖。
顶夸克(1995)
由美国Fermi实验室发现,是粒子物理标准模型中最后一个被发现的夸克。三代夸克的预言者,小林诚和益川敏英因此(与南部阳一郎一起)分享2008年Nobel物理学奖。
Bose-Einstein凝聚(1995)
一种新物态,为玻色子原子在冷却到绝对零度附近时所呈现出的一种气态的、超流性的状态。1995年6月5日,Eric Cornell和Carl Wieman利用铷-87原子首次制成,四个月后Wolfgang Ketterle利用钠-23也独立制成。三人因此分享2001年Nobel物理学奖。
Casimir效应(1996)
真空中两块靠近的平行不带电金属板会互相吸引。Casimir效应是真空量子涨落的直接结果,由Hendrik Casimir于1948年预言。Casimir效应虽然很早就被证实存在,但直到1996年才首次被精确测定。
量子隐形传输(1997)
量子隐形传输传递的是量子态而非经典的状态。因为量子纠缠的存在,量子态可以瞬间传递。奥地利的Anton Zeilinger等人于1997年首次实现了单量子比特的量子隐形传输。目前中国在这一领域的研究处于世界一流。2005年,潘建伟院士领导的小组在合肥创造了13公里的双向量子纠缠分发世界纪录;2012年首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传输和纠缠分发。目前量子隐形传输的世界记录是143公里,由奥地利科学家于2012年9月实现。
宇宙加速膨胀(1998)
Saul Perlmutter,Brian Schmidt和Adam Riess分别领导的三个小组,通过对Ia型超新星的观测,发现宇宙正在加速膨胀。三人因此获得2011年Nobel物理学奖。
τ中微子(2000)
τ中微子是粒子物理标准模型最后一个被发现的轻子,也是倒数第二个被发现的粒子(最后一个是Higgs玻色子)。2000年7月21日,美国Fermi实验室宣布发现τ中微子存在的证据。
夸克-胶子等离子体(2000)
由渐进自由的夸克和胶子组成,是一种高温高密的物质形态。由欧洲核子研究中心(CERN)于2000年宣布制成。
WMAP卫星(2001)
宇宙微波背景的探测始于COBE。但是2001年升空的WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe),才真正开始精确测定微波背景的温度涨落,从而开启了精确宇宙学时代。近十年来,WMAP卫星是宇宙学研究数据的主要来源之一。
费米子凝聚(2003)
所谓物质的第六态。费米子通过Cooper对结合呈现玻色子性质,从而实现量子态的凝聚。由Deborah Jin于2003年12月16日首次实现,将50万个钾-40原子冷却至5×10−8 K。
引力探测器B(2004-)
由NASA和Stanford大学于2004年发射,目的是测定地球周围时空曲率,从而直接验证广义相对论。其证实了“测地线效应”,即陀螺在引力场中的进动;以及“坐标系拖拽”,即地球自转的同时,会带着周围时空一起旋转。
石墨烯(2004)
一种由碳原子组成的、只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯是目前最薄、最坚硬、电阻率最低的纳米材料。通过石墨烯可在常温下实现量子Hall效应。由Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年发现,二人因此获得2010年Nobel物理学奖。
隐形材料(2006)
如果光线可以绕过物体,然后继续沿原来的方向传播,则物体看上去如隐形。2006年,John Pendry等人用超颖材料首次制造出一个可以让微波弯曲绕道的圆柱,即隐形斗篷的原型。目前隐形材料仍然是热门研究领域。
大型强子对撞机(2008-)
位于欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器。其用以将质子加速对撞,从而进行高能物理研究。LHC于2008年9月10日开机运行。2012年7月4日,CERN根据LHC的数据宣布了Higgs玻色子粒子存在的证据。
Planck卫星(2009-)
Planck卫星是WMAP卫星的后继者,于2009年升空,2013年刚刚开始发布数据。Planck的观测精度已经逼近所谓“宇宙方差”(cosmic variance)的极限。
Alpha磁谱仪(2011-)
Alpha磁谱仪是丁肇中领导、安装于国际空间站上的粒子物理实验设备。其目的在于探测宇宙中的奇异物质,包括暗物质及反物质。2013年4月4日,丁肇中在CERN公布了初步的暗物质探测结果。
Higgs玻色子(2012)
欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)。Higgs粒子是粒子物理标准模型最后一个待发现的粒子,因此被称为“天杀的粒子”(Goddammed particle)。后为和谐起见,被媒体称为“上帝粒子”(God particle)。2012年7月4日,CERN宣布了Higgs玻色子粒子存在的证据。2013年3月14日,CERN正式宣布此前发现的粒子是Higgs玻色子。2013年10月8日,Nobel奖委员会宣布,2013年Nobel物理学奖授予Higgs机制的(部分)提出者Peter Higgs和François Englert。
大亚湾中微子振荡(2012)
2012年3月8日,大亚湾实验组宣布发现一种新的中微子振荡。这大概是到目前为止,中国本土做过的最有影响的高能物理实验。
量子反常Hall效应(2013)
量子反常Hall效应同量子Hall效应本质不同。其并不需要外界磁场,而是通过拓扑非平庸的能带结构产生具有手征性的边缘态实现。由中国科学院物理研究所和清华大学物理系于2013年成功实现,并发表在2013年3月15日的《科学》杂志上。一些人认为这是目前中国本土作出的最接近Nobel奖级的物理实验。
四夸克物质(2013)
目前所知的所有由夸克组成的物质,都只包含三个或两个夸克,前者如质子,后者如π介子。但理论上,“四夸克态”或者说“四夸克物质”确实是可以存在的。位于北京中科院高能物理研究所的正负电子对撞机“北京谱仪”合作组(BES III)和位于日本高能加速器研究机构(KEK)的Belle合作组分别宣布发现一个(相同的)新的共振结构,其极有可能是介子分子态或四夸克态。2013年底,在美国物理学会公布的2013年国际物理领域重要成果中,这一发现位居榜首。
原初引力波(2014)
描述经典电磁场的Maxwell方程的波动解对应电磁波,描述经典引力场的Einstein方程同样预言了引力波的存在。2014年3月17日,美国BICEP2实验组宣布在5个σ的置信度上,探测到了宇宙微波背景的“B-模式”极化(或偏振),而B-模式极化通常即认为来自原初引力波。此一方面是对广义相对论理论预言的证实,也是对原初引力波的产生机制——宇宙学暴涨——的支持。
作者:着微
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来源:知乎
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⑺ 大学物理实验存在到底有什么意义
大一小学弟不请自来,现在大学物理实验这门课最大的诟病就是,它与大学物理课并不同步。如果什么都没学,也不知道原理,仅凭课前预习突击看懂的一点并不详细的实验介绍,靠猜想和推测去理解原理,然后操作自己并不知道是什么的仪器,记录不知所云的数据,经过近乎无意义的计算来得出奇怪的结果,我不知道学它有什么意义。顺便,在信息时代,人工抄写实验报告已经失去了意义,效率低下,出错的可能性也很大,文字量更是让理工科生难以接受,就算换成打印的实验报告,也可能稍微会好一点。说到意义,它的意义貌似很没有存在感,完全只是为了走个形式诶。如果真的这么想,我感觉我们也就这个水平了,我在这样的一个学校上学,本以为学术氛围不会差,万万没想到“我比他们不知道要高到哪里去”,甚至感觉“没人能跟我谈笑风生”。嗯,闲言少叙,咱把话题扯回来。大环境下,“那帮虫子”一边觉得实验没用,一边在文库里找前辈们留下的“宝贵财富”,除了想拿专业第一的,基本都是这样。但是,对于真正想学习的人来说,它们还是比较有用的。它们可以激发我们的好奇心,让我们专门查阅资料,摸清摸透实验原理所需的知识(貌似也就我有这个闲心了吧)等等。
⑻ 大学物理实验论文
学院:汽车学院 班级:热动0504 姓名:张志强 学号:0120507210410
大学物理实验论文
-------实验心得与体会
通过这个学期的大学物理实验,我体会颇深。首先,我通过做实验了解了许多实验的基本原理和实验方法,学会了基本物理量的测量和不确定度的分析方法、基本实验仪器的使用等;其次,我已经学会了独立作实验的能力,大大提高了我的动手能力和思维能力以及基本操作与基本技能的训练,并且我也深深感受到做实验要具备科学的态度、认真态度和创造性的思维。下面就我所做的实验我作了一些总结和体会。
自从我第一次上物理实验课的时候我就深深地感觉到物理实验的重要性,因此我每次上课都能全身心地听课,比如说第一次的不确定度等我就比班上其他同学学的要好一点,基本上学会了不确定度的每一步计算、回归直线的绘制以及有效数字的保留等,这也为我以后的实验数据处理带来了极大的方便。
我现在还记得我第一次做迈克尔逊干涉仪实验时我虽然用心听讲,但是再我做时候却极为不顺利,因为我调节仪器时怎么也调不出干涉条纹,转动微调手轮也不怎么会用,最后调出干涉条纹了却掌握不了干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。测量钠光双线波长差时也出现了类似的问题,实验仪器用的非常不熟悉,这一切都给我做实验带来了极大的不方便,当我回去做实验报告的时候又发现实验的误差偏大,可庆幸的是计算还顺利。总而言之,第一个实验我做的是不成功,但是我从中总结了实验的不足之处,吸取了很大的教训。因此我从做第二个实验起,就在实验前做了大量的实验准备,比如说,上网做提前预习、认真写好预习报告弄懂实验原理等。因此我从做第二个实验起就在各个方面有了很大的进步,实验仪器的使用也熟悉多了,实验仪器的读数也更加精确了,仪器的调节也更加的符合实验的要求。就拿夫-赫实验/双光栅微振实验来说,我能够熟练调节ZKY-FH-2智能夫兰克—赫兹实验仪达到实验的目的和测得所需的实验数据,并且在实验后顺利地处理了数据和精确地画出了实验所要求的实验曲线。在实验后也做了很好的总结和个人体会,与此同时我也学会了列表法、图解法、函数表示法等实验数据处理方法,大大提高了我的实验能力和独立设计实验以及创造性地改进实验的能力等等。
下面我就谈一下我在做实验时的一些技巧与方法。首先,做实验要用科学认真的态度去对待实验,认真提前预习,做好实验预习报告;第二,上课时认真听老师做预习指导和讲解,把老师特别提醒会出错的地方写下来,做实验时切勿出错;第三,做实验时按步骤进行,切不可一步到位,太心急。并且一些小节之处要特别小心,若不会,可以跟其他同学一起探讨一下,把问题解决。第四,实验后数据处理一定要独立完成,莫抄其他同学的,否则,做实验就没有什么意义了,也就不会有什么收获。
总而言之,大学物理实验具有非常重要的意义。首先,物理概念的建立、物理规律的发现依赖于物理实验,是以实验为基础的,物理学作为一门科学的地位是由物理实验予以确立的;其次,已有的物理定律、物理假说、物理理论必须接受实验的检验,如果正确就予以确定,如果不正确就予以否定,如果不完全正确就予以修正。例如,爱因斯坦通过分析光电效应现象提出了光量子;伽利略用新发明的望远镜观察到木星有四个卫星后,否定了地心说;杨氏双缝干涉实验证实了光的波动假说的正确性。可以说,物理学的每一次进步都离不开实验。这对我们大学生来说也是非常重要的,尤其是对将来所从事的实际工作所需要具备的独立工作能力和创新能力等素质来讲,也是十分必要的,这是大学物理理论课不能做到,也不能取代的。
因此,我希望我能更加努力,在下个学期顺利完成所有的实验,圆满结束大学物理实验。
大学物理实验论文
赵新梅 学号:0120509330327 信息学院电子0503班
在即将结束的这个学期里,我完成了大学物理实验(上)这门课程的学习。物理实验是物理学习的基础,虽然在很多物理实验中我们只是复现课堂上所学理论知识的原理与结果,但这一过程与物理家进行研究分子和物质变化的科学研究中的物理实验是一致的。在物理实验中,影响物理实验现象的因素很多,产生的物理实验现象也错综复杂。老师们通过精心设计实验方案、严格控制实验条件等多种途径,以最佳的实验方式呈现物理问题,使我们通过努力能够顺利地解决物理实验呈现的问题,考验了我们的实际动手能力和分析解决问题的综合能力,加深了我们对有关物理知识的理解。通过一学期的课程,我学到了很多东西。
做大学物理实验时,为了在规定的时间内快速高效率地完成实验,达到良好的实验效果,需要课前认真地预习,首先是根据实验题目复习所学习的相关理论知识,并根据实验教材的相关内容,弄清楚所要进行的实验的总体过程,弄懂实验的目的、基本原理,了解实验所采用的方法的关键与成功之处;思考实验可能用到的相关实验仪器,对照教材所列的实验仪器,了解仪器的工作原理,性能、正确操作步骤,特别是要注意那些可能对仪器造成损坏的事项。然后还要写预习报告,预习报告能够帮助我们顺利完成实验中的各项操作。在写预习报告的时候,我们一般包括实验目的,基本原理,实验仪器,操作步骤,测量内容,数据表,预习思考题等。数据表与操作步骤密切相关,数据表中的栏目排列顺序应与操作步骤的顺序合理配合。这样就可以随时将数据按顺序填入表中,也可以随时观察和分析数据的规律性。刚开始时我们不注意预习报告里的数据表格,将数据随便的记录在一张纸上,结果发现整理数据时会出现很多混乱和错误,尤其是数据比较多的时候,比如在做《用动力学共振法测固体材料的样式弹性模量》实验时,由于实验前未提前设计好表格,数据记录得很随便,很乱,处理时很困难。后来汲取了教训,在实验前根据所要测的物理量和实验步骤设计好数据表格,在实验记录时和处理数据时轻松了不少。实验教会了我们要养成良好的科学的实验习惯。预习思考题,是加深实验内容或对关键问题的理解、开发视野的一些问题,在实验前认真地思考并回答这些问题,有助于提高实验质量。对于不明白的问题或实验原理中一些不明白的地方,可以跟自己的同学讨论一下或查一下相关的资料,实在不明白的地方可以带到课堂上问老师,只有把实验中所有的地方都弄通弄透彻,才能达到实验应有的效果。
预习是做实验前必须的工作,但是做实验的主要工作还是课堂操作。
课堂操作需要我们严格的遵守实验的各项原则,要将仪器放置在合理的位置,以方便使用和确保安全,比如象高压电源的输出端钮应该远离操作者。经常需要操纵或调节的器件,应该放在便于操纵的位置上。一些电学实验仪器部件较多,首先要把这些仪器部件一一放在合适的位置上,然后再连线。实验过程中要严格按照实验仪器的操作要求来操作,所有仪器要调整到正确的位置和稳定的状态,在安装和调整仪器时还不能使用书本这些本身就不稳定的物品做垫块,否则容易造成测量数据的分散性,影响实验质量,并且容易在成实验仪器的损坏。在的过程中,经常会出现一些故障或观察到的实验现象与理论上的现象不符,首先应认真思考并检查实验仪器使用以及线路连接是否正确,不正确的及时进行改正,若自己不能解决,应及时请老师来指导,切不可敷衍过关,草草了事。还有读数,需要有足够的耐心和细心,尤其是对一些精度比较高的仪器,读数一定要按照正确的读数方法并且一定要细心。对于数据的纪录,则要求我们要有原始的数据纪录,它是记载物理实验全部操作过程的基础性资料。而且在实验过程中必须认真地观察实验现象,并做如实的记录。如果发现实验现象与实验理论不符合,或者测试结果出现异常,就应该认真检查原因,并细心重做实验。实验完成后,应把所有的实验仪器恢复到原位,并认真清理实验台。
在实验操作完成后,应认真地处理实验数据。实验数据是对实验定量分析的依据,是探索、验证物理规律的第一手资料。在系统误差一定的情况下,实验数据处理得恰当与否,会直接影响偶然误差的大小。所以对实验数据的处理是实验复习的重要内容之一。在这一学期中我们学到的处理数据的方法有:
1. 平均值法 取算术平均值是为减小偶然误差而常用的一种数据处理方法。通常在同样的测量条件下,对于某一物理量进行多次测量的结果不会完全一样,用多次测量的算术平均值作为测量结果,是真实值的最好近似。
2. 列表法 实验中将数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果和运算是否合理,有助于发现和分析问题,而且列表法还是图象法的基础。
列表时应注意:①表格要直接地反映有关物理量之间的关系,一般把自变量写在前边,因变量紧接着写在后面,便于分析。②表格要清楚地反映测量的次数,测得的物理量的名称及单位,计算的物理量的名称及单位。物理量的单位可写在标题栏内,一般不在数值栏内重复出现。③表中所列数据要正确反映测量值的有效数字。
3. 作图法 选取适当的自变量,通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系,并便于找出其中的规律,确定对应量的函数关系。作图法是最常用的实验数据处理方法之一。
描绘图象的要求是:①根据测量的要求选定坐标轴,一般以横轴为自变量,纵轴为因变量。坐标轴要标明所代表的物理量的名称及单位。②坐标轴标度的选择应合适,使测量数据能在坐标轴上得到准确的反映。为避免图纸上出现大片空白,坐标原点可以是零,也可以不是零。坐标轴的分度的估读数,应与测量值的估读数(即有效数字的末位)相对应。
这学期我们还学习了用电脑处理数据。用电脑处理数据方便快捷,可以节省不少时间,而且也比较清晰明了。但是用电脑处理的前提依然是我们对理论知识比较熟悉,而且实验操作过程必须认真地完成,记录的数据准确,有效。
撰写实验报告和进行问题讨论等也是大学物理实验不可缺少的重要环节。实验报告是对我们的动手能力、写作能力和总结能力的一种锻炼,实验报告也促进我们对实验过程以及所得结论进行更深刻的思考。我们的实验报告应包括实验过程中所出现的实验现象以及对这些现象的解释,实验中所遇到的问题以及解决方法,实验数据的记录以及对数据进行计算并求得最终的结果,验证跟理论值是否相符,误差的大小,最终得出的结论,对实验思考题进的讨论以及讨论的结果和对实验进行的总结。一份认真的,高水平的实验报告才算是为本次实验画上一个圆满的句号。
“加强基础、重视应用、开拓思维、培养能力、提高素质 ”是大学物理试验的指导思想;“加深学生对有关物理知识的理解,培养学生正确的科学实验习惯,提高学生的动手能力、观察分析能力和创新能力”是大学物理实验的目的。学大学物理实验这门课程,是对个人能力的一种锻炼,它不但锻炼了我们的细心、耐心,而且使我养成了良好的学习习惯和严谨的学习态度。这一学期物理实验课程的学习,使我受益匪浅。但我也还有很多不足的地方需要改正,比如做实验速度很慢,下学期我们还将学习这门课程,我在以后的课程学习中一定要 注意慢慢改进。
⑼ 大学物理实验选什么好
大学物理科目很多,不知你的学科是基础物理还是普通物理。我知道普通物理一般有力学实验课;电子实验课;电工实验课等等必修课。我以为选电子课,或计算机实验课比较实用。如果有精力,多多益善!
⑽ 大学物理实验哪些比较难,该怎么安排
新科教学设备为您解答:
一、选准实验探究课题
物理课的内容较多,知识面覆盖了力、热、声、电、光等知识,在新课程的各个章节中,有的课属理论知识介绍,有的属理论知识与物理现象演示,不宜作为探究课,因而,实验探究课并不是每节都能适用的,要针对教材编排的内容合理地选择,既要考虑学校实验器材的数量、质量,又要考虑学生的接受能力、认知程度,同时还要考虑实验探究的难易程度及可行性.如,物理中平均速度、测量、声音的发生与传播、光的反射、平面镜、用天平测物体的质量及密度、力的测量、功率等内容有可以作为探究课来上.内能的改变、内能的利用、导体和绝缘体、串并联电路、伏安法测电阻、变阻器、电功率、安全用电、电流的磁场等也都能安排作为实验探究课.
二、做好实验课前的准备
首先,摸清学生底细,看他们对所选的课题涉及到的知识认知程度如何,有无生活经历或经验,是否能够独立地完成整个探究过程.如果学生知识储备不足,就不能适应实验需要,无法动手完成.其次,要熟悉所选用的实验器材,作好实验准备,了解器材性能、质量,适用范围,注意事项,熟练掌握整个实验的操作过程,有的实验教师最好亲自先操作一遍,达到心中有数,如伏安法测电阻实验就很有研讨的价值.再次,做好学生的分组搭配工作,由于学生水平有差异,成绩有优劣,动手操作能力参差不齐,兴趣爱好不一样,因而,就要摸清学生能力情况,做好综合搭配,确保每组实验过程有一名带头人,以便能顺利进行.
三、探究课的目的与方法介绍
为了上好实验探究课,实验教师有必要在课前作简单的交待,或在实验开始时进行介绍,使学生对实验的目的、意义有清楚的认识,明确本节课的过程与方法,以便少走弯路,提高课堂效益,顺利完成实验探究的任务,能够较好地完成实验探究课.
四、教师在课堂的宏观调控与指导
在实验探究过程中,由于学生能力、素质存在差异,他们对实验的目的、方法认识不到位,有的学生不知探究什么,选择何种器材,观察什么现象,记录那些物理量,如果不加以指导和调控,学生就会陷入一种无序的实验过程,导致实验过程颠倒顺序,数据出错或数据张冠李戴,有的学生不知从何做起,有的胡乱摆弄一下仪器,东瞧瞧西摸摸,甚至出现串位的现象,这样就不能在规定的时间内完成探究内容,影响整节课的进行,也不完成教学任务.因此,教师就必须下到各个实验小组,认真观察和督促学生按照正确的方法,以科学的态度,严肃认真地做好实验,调控实验秩序和环节,对实验方法及器材使用给予指导,达到事半功倍的效果.
五、实验数据的收集、整理与分析
现在的学生,活泼好动,喜欢动手实验,但多数的学生不会收集实验数据,更不会整理与分析实验数据,这是长期以来中小学不重视培养学生综合思维能力的结果,从大的方面来讲就是片面追求升学率而忽视素质教育长期积累形成的不良后果.据资料介绍,中国的学生参加国际各项奥林匹克竞赛,理论知识考试均强于欧、美发达国家的参赛学生,但动手实践科学实验能力、综合分析能力却远远比不上这些国家的学生,这些背景资料给我们中学教师敲响了警钟.所以,培养学生科学实验能力迫在眉睫,而实验数据的收集、整理与归纳分析是学生的弱项,值得实验教师的重视,探究就是要让学生开动脑筋,积极参与自然科学的探索与初步的研究中去,从中领悟科学真谛和大自然的奥秘,寻找出物理规律,培养科学研究的能力.因此教师要鼓励学生大胆质疑,敢于突破常规,善于猜想和思维,引导学生纵向和横向进行比较,并在教师指导下,由实验结果总结归纳出物理规律.当然,实验数据的整理与分析能力培养不是一两次实验探究过程就能做好的,需要长期地反复地实践和训练,教师要做好长期的思想准备,献身教育科研的热情,求真务实的态度,做出不懈的努力,不厌其烦地做好这一项艰苦工作.
另外,在开展物理探究性实验的实际教学中,学生是活动的主体,教师要充分发挥其主导作用,要认真观察学生实际操作的全过程,仔细分析实验中存在的问题,及时给予指导.特别对于基础薄弱、动手能力弱的学生,要耐心指导,引导他们分析出现问题的原因,指出努力改进的方向.