《中学物理实验研究》讲义(5)

来源：网络收集时间：2026-06-05

导读： 10 第3章物理实验原理与设计物理实验不仅仅是物理教学的重要基� ⒅匾椒ê椭匾侄危彩俏锢斫萄е械闹匾谌荨� 物理实验教学研究包括“硬件”（实验）和“软件”（教学）研究，其研究方法可以分为相互联系的

第3章物理实验原理与设计

物理实验不仅仅是物理教学的重要基础、重要方法和重要手段，也是物理教学中的重要内容。物理实验教学研究包括“硬件”（实验）和“软件”（教学）研究，其研究方法可以分为相互联系的三个部分：实验研究法、实验设计法和实验教学法。

3.1 中学物理演示实验原理分析方法

为确保实验的成功，对实验的研究应从分析实验原理入手，其基本方法是： 1．明确实验的目的、内容和要求。

2．认真研究实验原理，对定量或半定量实验需要分析实验的误差来源及影响程度。 3．确定实验的关键。

4．对实验装置、器材和实验条件提出要求，并进行选择，确定操作要电话我注意事项。例1：低压沸腾实验

在瓶里装入低于100℃的水，用针筒抽气降压，可看到水的沸腾。分析如下：

（1）实验目的：说明压强减小，沸点降低。

（2）实验要求：明显地显示出减小瓶内压强后，瓶内原来不沸腾的水发生沸腾现象。（3）实验原理：

抽气→减压→沸点降低→沸点低于水温→沸腾（4）实验关键：

水温要高于被降低的那个沸点，这有两个因素共同决定：水温、降压的程度。

（5）对实验器材的要求：

A．水温不要太低（>85） B．瓶内水不要装得太少

C．橡皮管不能太长、太软，瓶塞等处不能漏气。只要能满足这三个要求，即可保证实验的成功。例2：直导线切割磁力线产生感应电流

分析如下：

（1）实验目的：说明直导线切割磁力线运动时，可在闭合回路中产生电流。

（2）实验要求：当直导线切割磁力线时，电流计指针有明显的偏转，以清楚地表明感应电流的产生。

（3）实验原理：

切割磁力线→产生感应电动势（ε＝Bvlsinθ）→产生感应电流（I＝ε/（R＋r）→电流计指针偏转（4）实验关键：

A．感应电流要大；

B．电流计要灵敏，可见度大。

由此可知，要使实验达到满意的效果，关键在如下几个因素：

???B：大??????：大?v：大???l：大????I：大??关键? ?sin?：大???1?R：小??：大??R?r??rA：小A????电流计：灵敏、可见度大（5）对实验器材的要求

综上所述，该实验成功与否的关键是对实验器材的选取： A．B大：永强磁性磁铁 B．增大I：用线圈的一条直边 C．减小R：导线电阻和接触电阻要小 D．减小rA：选择内阻较小的电流表 E．显示仪器要灵敏

实际上，只要做到了A、B、C三点，可保证此实验成功。（6）对实验操作的要求

A．较快移动直导线切割磁力线；

B．使直导线、运动方向和磁力线三者相互垂直。

在对实验的研究中，特别是在实验原理的研究中，还应注意两个很重要的问题：

（1）所谓实验原理，并不是仅仅指实验目的中所要说明的物理道理。广义地讲，实验原理是实验方法、实验器材和装置、实验过程、实验结果分析等所依据的物理道理。在原理分析中所涉及到的许多情况、因素和信息，往往没有给出，而需要靠自己去寻找、收集、探索和试验。而且原理分析时需“理想化”，需要略去一些次要因素，或作一定的简化和抽象，但其程度的把握至关重要。

（2）无论对定量还是定性试验，分析原理时，应有“量”的意识，能做定量或半定量分析的不要轻易放弃。因为“量”变常常会影响实验现象和效果（结果）的质的变化。但这并不是说定性分析不重要，但不

能只停留在定性分析上。

例3：平行板电容器的电容与两个极板间距的关系的实验。

（1）实验目的：说明平行板电容器的电容C随两极板间距d的增大而减小的规律，如图1所示。

（2）实验要求：当两极板间距d变化时，静电计指针的偏角θ有明显的变化，即△θ尽可能大。

为了方便起见，假定：①用厂制仪器进行实验，不另选仪器；②实验过程中不存在漏电现象、两极板相对面积不变；③仅考虑两靠近的极板逐渐拉开的实验过程。（3）实验原理：

研究1：根据公式U＝Q/C，在极板带电量Q一定的情况下，C↓→U↑→θ↑，因为C?S一定的情况下，d↑→C↓。

所以，当d由d0→d′，变化＝△d时，有： C由C0→C′，变化△C； U由U0→U′，变化△U； θ由θ0→θ′，变化△θ。

实验要求△θ尽可能大。显然，要使△θ大，就需要△U大，就需要△C大。要使△C大，就需要使△d大。

（4）实验关键：要使△d尽可能大。（5）操作要点：将两极板拉得越开越好。

实验结果：效果不能令人满意。显然，上面的实验研究不确切或不全面。

研究2：从上面的分析可见，要使△θ大，就需要△C大。但△C的大小并非仅仅决定于△d的大小。对此，可做下面的分析。

①由C与d的反比关系图（如图2所示）可以很直观地看出：初始位置d不同，初始电容C也不同；对于不同的初始位置d，即使△d相同，△C却是不同的。

②由公式C?图1 ?0Sd，在ε0，

?0Sd可得：

图2

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