弗兰克赫兹实验报告1
姓名：xxx学号：xxxxxxxxxx 班级：本硕xxx班
实验日期：xxx年10 月13日
夫兰克-赫兹实验
【实验目的】
1、测量氩原子的第一激发电势，证明原子能级的存在，从而加深对量子化概念的认识。
2、加深对热电子发射的理解，学习将电子与原子碰撞微观过程与宏观物理量相结合的实验设计方法。
【历史背景】
1911年，卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核模型。1913年，玻尔将普朗克量子假说运用到原子有核模型，建立了与经典理论相违背的两个重要概念：原子定态能级和能级跃迁概念。电子在能级之间迁跃时伴随电磁波的吸收和发射，电磁波频率的大小取决于原子所处两定态能级间的能量差，并满足普朗克频率定则。随着英国物理学家埃万斯(E.J.Evans)对光谱的研究，玻尔理论被确立。
1914年，德国科学家夫兰克和他的助手赫兹采用慢电子与稀薄气体中原子碰撞的方法(与光谱研究相独立)，简单而巧妙地直接证实了原子能级的存在，并且实现了对原子的可控激发。
1925年，由于他二人的卓越贡献，他们获得了当年的诺贝尔物理学奖。夫兰克-赫兹实验至今仍是探索原子内部结构的主要手段之一。所以，在近代物理实验中，仍把它作为传统的经典实验。
【实验原理】
根据玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的稳定状态之中，其中每一种状态相应于一定的能量值Ei(i=1,2,3‥)，这些能量值称为能级。最低能级所对应的状态称为基态，其它高能级所对应的态称为激发态。
当原子从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态时就会吸收或辐射一定频率的电磁波，频率大小决定于原子所处两定态能级间的能量差，并满足普朗克频率选择定则：
( h为普朗克常数)
本实验中是利用一定能量的电子与原子碰撞交换能量而实现，并满足能量选择定则：
ev=E-E(1) 110
E为第一激发能量(第一激发态是距基态最近的一个能态)，E为基态能量，ev为该原子第一激发能。 式(1)中，101实验原理如图(1)所示：在充氩的夫兰克—赫兹管中，电子由阴极K发出，阴极K和第一栅极G1之间的加速电压VG1K及与第二栅极G2之间的加速电压VG2K使电子加速。在极板A和第二栅极G2之间可设置减速电压VG2A。
注意：第一栅极G1和阴极K之间的加速电压VG1K约2V，用于消除空间电荷对发射电子的影响。
当灯丝加热时，阴极被灯丝灼热而发射电子，电子在G1和G2间的电场作用下被加速而取得越来越大的能量，但在起始阶段，由于电压VG2K较低，电子的能量较小，即使在运动过程中，它与原子相碰撞(弹性碰撞)的能量交换非常小，此时可认为它们之间没有能量交换。这样，穿过第二栅极的电子所形成的电流IA随第二栅极电压VG2K的增加而增加。
当VG2K达到氩原子的第一激发电位时，电子在第二栅极附近与氩原子相碰撞(此时产生非弹性碰撞)。电子把从加速电场中获得的全部能量传递给氩原子，使氩原子从基态激发到第一激发态，而电子本身由于把全部能量传递给了氩原子，它即使穿过了第二栅极，也不能克服反向拒斥电压而被折回第二栅极。所以阳极电流IA将显著减小。氩原子在第一激发态不稳定，会跃迁到激发态，同时以光量子形式向外辐射能量。以后随着第二栅极电压VG2K的增加，电子的能量也随之增加，与氩原子相碰撞后还留下足够的能量，这就可以克服拒斥电压的作用力而到达阳极A，这时电流又开始上升，直到VG2K是2倍氩原子的第一激发电位时，电子在G2和K之间又会因第二次非弹性碰撞而失去能量，因而又造成了第二次阳极电流IA的下降，这种能量转移随着加速电压的增加而呈周期性的变化。
若以VG2K为横坐标，以阳极电流值IA为纵坐标就可以得到谱峰曲线，两相邻谷点(或峰尖)间的加速电压值，即为氩原子的第一激发电位值。
这个实验说明了夫兰克—赫兹管内的电子缓慢的与氩原子碰撞，能使原子从低能级被激发到高能级，通过测量氩的第一激发电位值(13.1V是一个定值，即吸收和发射的能量是完全确定的，不连续的)，也就是说明了原子内部存在不连续的能级，即波尔原子能级的存在。
【实验仪器】
夫兰克—赫兹实验仪(含夫兰克-赫兹管、微电流放大器等)微机等。
【实验步骤】
1，拨动电源开关，接通电源，点亮数码管，将手动—自动切换开关，换至“手动”位置，逆时针方向旋转“扫描幅度调节”旋钮到最小位置，预热三分钟后开始做实验。
2，将电压分档切换开关拨到“5V”挡，旋转“5V”调节旋钮，使电压读数为2V。这时阴极至第一栅极电压VG1K为2V。
3，将电压分档切换开关拨到“15V”挡，旋转“15V”调节旋钮，使电压读数为7.5V。这时阳极至第二栅极电压VG2A(拒斥电压)为7.5V。
4，将电压分档切换开关拨到“100V”挡，旋转“100V”调节旋钮，使电压读数为0V。这时阳极至第二栅极电压VG2A(加速电压)为0V。
5，将电流显示选择波段开关切换到10 A挡，并调节调零旋钮使电流显示指示为零。
6，将将手动—自动切换开关，换至“手动”位置，旋转加速电压旋钮VG2A，同时观察电流表，电压表的示数变化，并根据电流表的数值大小调节好“电流显示选择”档位，随着(加速电压)的增加，电流表的值出现周期性峰值和谷值，记录相应的电压、电流值，以输出电流为纵坐标，电压为横坐标，作出谱峰曲线。
【注意事项】
1，实验中(手动档位)电压加到60V以后，要注意电流输出指示，当电流表指示突然骤增，应立即减小电压，以免管子损坏。
2，实验过程中如果要改变第一栅极与阴极和第二栅极与阴极之间的电压及灯丝电压时，要将0—100V旋钮逆时针旋到底，在改变以上电压值。
3，本实验灯丝电压分别可以设为3V、3.5V、4V、4.5V、5V、5.5V、6.3V，可以在不同的灯丝电压下重复上述实验。如果发现波形上端切顶，则阳极输出电流过大，引起放大器失真，因减小灯丝电压。
【数据记录及处理】
以输出电流为纵坐标，电压为横坐标，作出谱峰曲线。
相邻峰—峰之间的电位差：
U1=42.6-31.1=11.5
U2=54.3-42.6=11.7
平均值：
U=(U1+U2)/2
=(11.5+11.7)/2=11.6V
相邻谷—谷之间的电位差：
U3=37-24.9=12.1
U4=48.1-37=11.1
平均值：
U=(U3+U4)/2
=(12.1+11.1)/2=11.6V
则本实验测得氩原子第一激发电位为11.6V。
【思考题及讨论】
1，第一激发电位的物理含义是什么?有没有第二激发电位?
答：第一激发电位：如初始能量为零的电子在电位差为U0 的加速电场中运动，则电子可获得的能量为 eU0;如果加速电压U0恰好使电子能量 eU0 等于原子的临界能量，即 eU0=E2—E1，则 U0称为第一激发电位，或临界电位。
第二激发电位：电子碰撞原子使其从基态到第二激发态所需的最低能量叫第二激发电位。
怎样测第二激发电位：加速电压 Ug1k和 U2A都是标准参数，不能改变，而要测第二激发电位需要使电子获得能量，必须增大 Ug1k。
2.夫兰克—赫兹管中还能充什么其它气体，为什么?
答：汞蒸气或其他稀有气体。因为汞是单原子分子，结构简单，而且在常温下是液 态，只要改变温度就能大幅度改变汞原子的密度，同时还由于汞的原子量大，电 子与其原子碰撞时，能量损失极小。
3、什么是能级?玻尔的能级跃迁理论是如何描述的?
答：在玻尔的原子模型中，原子是由原子核和核外电子所组成，原子核 位于原子的中心，电子沿着以核为中心的各种不同直径的轨道运动。在一 定轨道上运动的电子，具有对应的能量，轨道不同，能量的大小也不相同。 这些与轨道相联系、大小不连续的能量构成了能级。 当原子状态改变时，伴随着能量的变化。若原子从低能级En 跃迁到高 能级Em，则原子需吸收一定的能量，该能量的大小为△E：
△E=Em-En
若电子从高能级Em 跃迁到低能级En，则原子将放出能量△E。
4，为什么 IG2A-UG2K 曲线上的各谷点电流随 UG2K 的增大而增大?
答：电子与汞原子的碰撞有一定的几率，总会有一些电子逃避了碰撞， 穿过栅极而到达板极。 随着 UG2K 的增大， 这些电子的能量增大， 因此在 IG2A -UG2K 曲线上的各谷点电流也随着增大。
5，本实验的误差来源有哪些?
答：1、由于预热不足，使测量值产生误差;
2、在实验时，由于电压的步差不可能连续，故测量的峰值会有一定的误差;3、仪器本身存在一定的误差。
一、单项选择题（共16分，每小题2分。每小题只有一个正确选项。
1、卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在
（A）电子 （B）中子 （C）质子 （D）原子核
2、一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时
（A）速度相同，波长相同 （B）速度不同，波长相同
（C）速度相同，频率相同 （D）速度不同，频率相同
3、各种不同频率范围的电磁波按频率由大到小的排列顺序是
（A）γ射线、紫外线、可见光、红外线
（B）γ射线、红外线、紫外线、可见光
（C）紫外线、可见光、红外线、γ射线
（D）红外线、可见光、紫外线、γ射线
4、如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的
（A）OA方向 （B）OB方向（C）OC方向 （D）OD方向
5、磁铁在线圈中心上方开始运动时，线圈中产生如图方向的感应电流，则磁铁
（A）向上运动（B）向下运动（C）向左运动（D）向右运动
6、放射性元素A经过2次α衰变和1次β 衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了
（A）1位（B）2位（C）3位（D）4位
7、在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空。若减小风力，体验者在加速下落过程中
（A）失重且机械能增加
（B）失重且机械能减少
（C）超重且机械能增加
（D）超重且机械能减少
8、如图，一束电子沿z轴正向流动，则在图中y轴上A点的磁场方向是
（A）+x方向
（B）-x方向
（C）+y方向
（D）-y方向
二、单项选择题（共24分，每小题3分。每小题只有一个正确选项。）
9、在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，则
（A）中间条纹间距较两侧更宽
（B）不同色光形成的条纹完全重合
（C）双缝间距离越大条纹间距离也越大
（D）遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹
10、研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示。两块平行放置的金属板A、B分别于电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出。则
（A）a为电源正极，到达A板的为α射线
（B）a为电源正极，到达A板的为β射线
（C）a为电源负极，到达A板的为α射线
（D）a为电源负极，到达A板的为β射线
11、国际单位制中，不是电场强度的单位是
（A）N/C
（B）V/m
（C）J/C
（D）T、m/s
12、如图，粗细均与的玻璃管A和B由一橡皮管连接，一定质量的空气被水银柱封闭在A管内，初始时两管水银面等高，B管上方与大气相通。若固定A管，将B管沿竖直方向缓慢下移一小段距离H，A管内的.水银面高度相应变化h，则
（A）h=H（B）h<
（C）h= （D） 13、电源电动势反映了电源把其它形式的能量转化为电能的能力，因此 （A）电动势是一种非静电力 （B）电动势越大，表明电源储存的电能越多 （C）电动势的大小是非静电力做功能力的反映 （D）电动势就是闭合电路中电源两端的电压 14、物体做匀加速直线运动，相继经过两端距离为16 m的路程，第一段用时4 s，第二段用时2 s，则物体的加速度是 (A) (B) (C) (D) 15、如图，始终竖直向上的力F作用在三角板A端，使其绕B点在竖直平面内缓慢地沿顺时针方向转动一小角度，力F对B点的力矩为M，则转动过程中 (A)M减小，F增大(B)M减小，F减小 (C)M增大，F增大(D)M增大，F减小 16、风速仪结构如图(a)所示。光源发出的光经光纤传输，被探测器接收，当风轮旋转时，通过齿轮带动凸轮圆盘旋转，当圆盘上的凸轮经过透镜系统时光被挡住。已知风轮叶片转动半径为r，每转动n圈带动凸轮圆盘转动一圈。若某段时间 内探测器接收到的光强随时间变化关系如图(b)所示，则该时间段内风轮叶片 (A)转速逐渐减小，平均速率为 (B)转速逐渐减小，平均速率为 (C)转速逐渐增大，平均速率为 (D)转速逐渐增大，平均速率为 三、多项选择题（共16分，每小题4分。每小题有二个或者三个正确选项。全选对的，得4分；选对但不全的，得2分；有选或不答的，得0分。） 17、某气体的摩尔质量为M，分之质量为m。若1摩尔该气体的体积为Vm，密度为ρ，则该气体单位集体分子数为（阿伏伽德罗常数为NA） (A) (B) (C) (D) 18、如图所示电路中，电源内阻忽略不计。闭合电建，电压表示数为U，电流表示数为I；在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中 (A)U先变大后变小 (B)I先变大后变小 (C)U与I比值先变大后变小 (D)U变化量与I变化量比值等于R3 19、如图（a），螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，乙图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图（b）所示规律变化时 （A）在t1~t2时间内，L有收缩趋势 （B）在t2~t3时间内，L有扩张趋势 （C）在t2~t3时间内，L内有逆时针方向的感应电力 （D）在t3~t4时间内，L内有顺时针方向的感应电力 20、甲、乙两列横波在同一介质中分别从波源M、N两点沿x轴相向传播，波速为2m/s，振幅相同；某时刻的图像如图所示。则 （A）甲乙两波的起振方向相反 （B）甲乙两波的频率之比为3:2 （C）再经过3s，平衡位置在x=7m出的质点振动方向向下 （D）再经过3s，两波源间（不含波源）有5个质点位移为零 四、填空题（共20分，每小题4分。） 本大题中第22题为分叉题，分A、B两类，考生可任选一类答题。若两类试题均做，一律按A类题积分。 21、形象描述磁场分布的曲线叫做____________,通常___________的大小也叫做磁通量密度。 22A、B选做一题 22A、如图，粗糙水平面上，两物体A、B以轻绳相连，在恒力F作用下做匀速运动。某时刻轻绳断开，A在F牵引下继续前进，B最后静止。则在B静止前，A和B组成的系统动量_________（选填：“守恒”或“不守恒“）。 22B、两颗卫星绕地球运行的周期之比为27:1，则它们的角速度之比为__________，轨道半径之比为___________。 23、如图，圆弧形凹槽固定在水平地面上，其中ABC是位于竖直平面内以O为圆心的一段圆弧，OA与竖直方向的夹角为α。一小球以速度从桌面边缘P水平抛出，恰好从A点沿圆弧的切线方向进入凹槽。小球从P到A的运动时间为____________;直线PA与竖直方向的夹角β=_________。 24、如图，质量为m的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点，处于静止状态。施加一水平向右的匀强电场后，A向右摆动，摆动的最大角度为60°，则A受到的电场力大小为 。 在改变电场强度的大小和方向后，小球A的平衡位置在α=60°处，然后再将A的质量改变为2m，其新的平衡位置在α=30°处，A受到的电场力大小为 。 25、地面上物体在变力F作用下由静止开始竖直向上运动，力F随高度随高度x的变化关系如图所示，物体能上升的最大高为h,h 五。实验题（共24分） 26、（3分）在“用DIS研究机械能守恒定律”的实验中，用到的传感器是 传感器。若摆锤直径的测量值大于其真实值会造成摆锤动能的测量值偏 。（选填：“大”或“小”）。 27、（6分）在“用多用电表测电阻、电流和电压”的实验中 （1）（多选题）用多用电测电流或电阻的过程中 （A）在测量电阻时，更换倍率后必须重新进行调零 （B）在测量电流时，更换量程后必须重新进行调零 （C）在测量未知电阻时，必须先选择倍率最大挡进行试测 （D）在测量未知电流时，必须先选择电流最大量程进行试测 （2）测量时多用电表指针指在如图所示位置。若选择开关处于“10V”挡，其读数为 Ｖ；若选择开关处于“×10”挡，其读数为 200 Ω（选填:“大于”，“等于”或“小于”）。 28、(7分)“用DIS描绘电场的等势线”的实验装置示意图如图所示。 （1）（单选题）该实验描绘的是 （A）两个等量同种电荷周围的等势线 （B）两个等量异种电荷周围的等势线 （C）两个不等量同种电荷周围的等势线 （D）两个不等量异种电荷周围的等势线 （2）（单选题）实验操作时，需在平整的木板上依次铺放 （A）导电纸、复写纸、白纸 （B）白纸、导电纸、复写纸 （C）导电纸、白纸、复写纸 （D）白纸、复写纸、导电纸 （3）若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点（f、d连线与A、B连线垂直）时，示数小于零。为使示数为零，应保持红色探针与d点接触，而将黑色探针 向右）移动。 29、（8分）某同学制作了一个结构如图（a）所示的温度计。一端封闭的轻质细管可绕封闭端O自由转动，管长0、5m。将一量程足够大的力传感器调零，细管的开口端通过细线挂于力传感器挂钩上，使细管保持水平、细线沿竖直方向。在气体温度为270K时，用一段水银将长度为0、3m的气柱封闭在管内。实验时改变气体温度，测得封闭气柱长度l和力传感器读数F之间的关系如图（b）所示（实验中大气压强不变）。 （1）管内水银柱长度为m，为保证水银不溢出，该温度计能测得的最高温度为 K。 （2）若气柱初始长度大于0、3m，该温度计能测量的最高温度将（选填：“增大”，“不变”或“减小”）。 （3）若实验中大气压强略有升高，则用该温度计测出的温度将（选填：“偏高”，“不变”或“偏低”）。 六、计算题（共50分） 30、（10分）如图，两端封闭的直玻璃管竖直放置，一段水银将管内气体分隔为上下两部分A和B，上下两部分气体初温度相等，且体积VA＞VB。 （1）若A、B两部分气体同时升高相同的温度，水银柱将如何移动？ 某同学解答如下： 设两部分气体压强不变，由 ，…， ，…，所以水银柱将向下移动。 上述解答是否正确？若正确，请写出完整的解答；若不正确，请说明理由并给出正确的解答。 （2）在上下两部分气体升高相同温度的过程中，水银柱位置发生变化，最后稳定在新的平衡位置，A、B两部分气体始末状态压强的变化量分别为ΔpA和ΔpB，分析并比较二者的大小关系。 31、（12分）风洞是研究空气动力学的实验设备。如图，将刚性杆水平固定在风洞内距地面高度H=3、2m处，杆上套一质量m=3kg，可沿杆滑动的小球。将小球所受的风力调节为F=15N，方向水平向左。小球以速度v0=8m/s向右离开杆端，假设小球所受风力不变，取g=10m/s2。求： （1）小球落地所需时间和离开杆端的水平距离； （2）小球落地时的动能。 （3）小球离开杆端后经过多少时间动能为78J？ 32、（14分）如图（a），长度L=0、8m的光滑杆左端固定一带正电的点电荷A，其电荷量Q= ；一质量m=0、02kg，带电量为q的小球B套在杆上。将杆沿水平方向固定于某非均匀外电场中，以杆左端为原点，沿杆向右为x轴正方向建立坐标系。点电荷A对小球B的作用力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线I所示，小球B所受水平方向的合力随B位置x的变化关系如图（b）中曲线II所示，其中曲线II在0、16≤x≤0、20和x≥0、40范围可近似看作直线。求：（静电力常量 ） （1）小球B所带电量q; （2）非均匀外电场在x=0、3m处沿细杆方向的电场强度大小E； （3）在合电场中，x=0、4m与x=0、6m之间的电势差U。 （4）已知小球在x=0、2m处获得v=0、4m/s的初速度时，最远可以运动到x=0、4m。若小球在x=0、16m处受到方向向右，大小为0、04N的恒力作用后，由静止开始运动，为使小球能离开细杆，恒力作用的做小距离s是多少？ 33、（14分）如图，一关于y轴对称的导体轨道位于水平面内，磁感应强度为B的匀强磁场与平面垂直。一足够长，质量为m的直导体棒沿x轴方向置于轨道上，在外力F作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀速加速直线运动，运动时棒与x轴始终平行。棒单位长度的电阻ρ，与电阻不计的轨道接触良好，运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P=ky （SI）。求： （1）导体轨道的轨道方程y=f（x）； （2）棒在运动过程中受到的安培力Fm随y的变化关系； （3）棒从y=0运动到y=L过程中外力F的功。 一、 单项选择题 1、D 2、D 3、A 4、D 5、B 6、C 7、B 8、A 二、单项选择题 9、D 10、B 11、C 12、B 13、C 14、B 15、A 16、B 三、多项选择题 17、A,B,C 18、B,C 19、A,D 20、A,B,D 四、填空题 21、磁感线；磁感应强度 22A、守恒；不守恒 22B、1:27；9:1 23、 ； 24、 ；mg 25、0或h； ⑤、实验题（共24分） 26、光电门；大 27、（1）A，D （2）5、4；小于 28、（1）B （2）D （3）向右 29、（1）0、1；360 （2）减小（3）偏低 六、计算题 30、解： （1）不正确。 水银柱移动的原因是升温后，由于压强变化造成受力平衡被破坏，因此应该假设气体体积不变，由压强变化判断移动方向。 正确解法：设升温后上下部分气体体积不变，则由查理定律可得 因为 ，pA （2）升温前有pB=pA+ph（ph为汞柱压强） 升温后同样有pB' =pA'+ph 两式相减可得 31、解： （1）小球在竖直方向做自由落体运动，运动时间为 小球在水平方向做匀减速运动，加速度 水平位移 （2）由动能定理 （3）小球离开杆后经过时间t的水平位移 由动能定理 以 J和 m/s代入得 125t2-80t+12=0 解得t1=0、4s,t2=0、24s 32、解： （1）由图可知，当x=0、3m时， N 因此 C （2）设在x=0、3m处点电荷与小球间作用力为F2， F合=F2+qE 电场在x=0、3m处沿细秆方向的电场强度大小为3 ，方向水平向左。 （3）根据图像可知在x=0、4m与x=0、6m之间合力做功大小 W合=0、004 0、2=8 10-4J 由qU=W合 （4）由图可知小球从x=0、16m到x=0、2m处 电场力做功 J 小球从 到 处 电场力做功 = = 由图可知小球从 到 处 电场力做功 =－0、004×0、4= 由动能定理 + + + =0 解得 = 33、解： （1）设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为（± ）,安培力的功率 棒做匀加速运动 代入前式得 轨道形式为抛物线。 （2）安培力 = 以轨道方程代入得 （3）由动能定理 安培力做功 棒在 处动能 外力做功 摘要：物理学是一门以实验为基础的学科。物理实验在物理教学乃至整个科学教育中占有重要的地位，实验是中学物理教学的重要内容，新课程标准的实施为物理实验提供了一片沃土。作者通过对相关文献及 关键词：新课标高中物理实验教学探究性实验教学方法 物理学是一门以实验为基础的自然学科。实验是物理探究的重要科学方法，高中物理实验教学的改革应当关注探究思想的介入，改变将实验的功能仅归于验证理论和培养动作技能的观点。2003年3月31日教育部颁布了《普通高中物理课程标准(实验)》，指出高中物理的课程的基本理念是：①在课程目标上注重提高全体学生的科学素养;②在课程结构上重视基础，体现课程的选择性;③在课程的设置上体现时代性、基础性、选择性;④在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化;⑤在课程评价上强调新观念，促进学生发展。课程目标从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度提出了要求。科学探究被提到前所未有的高度，科学探究己经成为物理课程的基本理念之一，被列入课程目标和内容标准，同时还被作为重要的教学建议之一。 基于以上原因，在新课程实施的初期，对新课标下物理探究性实验进行研究具有一定的理论和实践意义，可以为课改和新课程的实施提供参考。 1.物理探究性实验的定义 物理探究性实验是为了探求物理知识，学会一定的物理研究方法等而进行的涉及提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等活动。它是物理领域中的科学探究。在具体的教学实施过程中，可以涉及科学探究的某几个环节，也可以是全过程，分别是“部分探究”和“完整探究”。实验探究现己成为理科教学的重要标志，也是日前一些发达国家的中小学理科教学的基本教学手段和学生活动的主要形式。 2.物理探究性实验的设计原则 2.1主体性原则。整个探究性实验学习活动始终要围绕学生自己发现—选择—探究—解决问题这个研究活动过程来设计，以学生的活动为中心，放手让学生自己去研究、探索，把学习活动的主动权交给学生，教师在其中只起点拨的指导、领路作用。在设计探究性实验时，要充分考虑如何激发学生对问题情境或探究内容的兴趣和探究动机，要保证探究活动过程对学生的开放性，给学生提供自主探索、自主创造的机会，让他们各尽所长，充分发挥。 2.2目标的原则。做每个实验都要有明确的目的，具体到探究的每一步也要有明确的目标。这里的目标包括知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面。当然具体到每个探究性实验，其目标可能有所侧重。只有明确了要达到的目标，探究就有正确的方向，学生就能在探究过程中经受住困难或挫折的考验，从而对探究过程的艰辛与乐趣体验得更深刻。 2.3科学性原则。探究性实验设计中的实验原理科学、装置合理、操作程序和方法正确，探究性实验设计的全过程都科学、合理，所采用的设计标准、方法、步骤等都有一定的理论依据或实践基础，得出的实验结论就可能是正确的。在整个探究过程中，要着重培养学生科学思维方法，观察和记录实验的方法，以提高学生的科学素养，这也正是探究性实验设计的宗旨。 2.4趣味性原则。探究性实验的设计要充分考虑学生心理特点和认知水平，实验设计要生动、有趣，能使学生在进行实验探究时，自始至终保持很高的兴趣。 2.5简约性原则。简约性是指要用尽可能简单的实验方法和实验装置，用较少的实验步骤和器材，在较短时间内达到预期的日的。用简单易行的、合理的实验设计，冲淡学生怕实验准备工作麻烦的情绪;用新材料、新工具降低实验的操作难度。实验设计简约，装置简单，操作简便，节约时间，整个实验过程中没有过多的干扰，学生将主要精力集中在探究目的上。简单就是美，恰当的实验设计既突出实验重点，又没有冗长的实验步骤。 2.6互动性原则。现代教育理论指出，教学过程是师生交往、积极互动、共同发展的`过程，师生互教互学形成一个真正的“学习共同体”。在教学中，存在着师生间、生生间的交往。交往的基本属性是互动性和互惠性。信息交流实现了师生互动，相互沟通、相互影响、相互补充，从而达到了共识、共享、共进。 3.新课标下高中物理探究性实验内容的选择 实验内容是实施物理实验并使教学效果达到预期目标的根本。物理实验中蕴藏着极为活跃的因素，随时会出现许多学生意想不到的问题，对与活化学生学习的知识和训练思维有很大的好处。在实际选择内容时要考虑到以下几个问题。 3.1目标的全面性。传统的实验教学在目标上主要强调知识的获取，包括一些具体的实验技能。而探究实验教学应具有更加全面的目标，不仅包括知识方面，而且应该包括态度、情感、能力等诸多方面。按照新课程标准的要求就是知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三个维度的要求。课程标准对科学探究及物理实验能力要求，即提出问题、猜想和假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集数据，分析与论证、评估，以及交流与合作。 3.2内容要在学生的“最近发展区”内。所谓“最近发展区”，就是学生独立解决问题时的实际发展水平与学生在教师引导下解决问题时的潜在发展水平之间的距离。教师的引导应高于学生原有的水平，否则学生得不到应有的发展;但也不能差异过大，否则会导致学生学习失败，对学习失去兴趣。 3.3内容要贴近生活、贴近社会。很好地联系学生的生活实际和社会实际，可以提高学生对物理的学习兴趣，使学生感到物理就在自己身边，也可以使学生在知道和理解物理知识的基础上，能够清楚所学的知识能用于做什么和怎么做，同时对物理的本质和价值，有一个正确的认识。 3.4内容要结合课程标准。新课程标准中的实验可以分成几类。 第一类是在表述上有“通过实验，探究……”等字样的实验，是一类基本的探究性实验，是课程标准规定了的。这样的实验的例子有以下一些：通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系；通过实验探究决定导线电阻的因素，知道电阻定律；通过实验，探究单摆的周期与摆长的关系。 第二类是在表述上有“通过实验知道……”“通过实验认识……”“通过实验了解……”“通过实验理解……”“经历……实验过程，了解……”等字样的实验。这样的例子有：通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力；通过实验了解物体的弹性；通过实验理解光的折射定律；通过实验知道常见传感器的工作原理。对于这样的一类实验，可以根据实际需要，把它们设计成探究性实验。 有些课程标准上要求“通过实验演示……”等字样的实验，这类实验，也可根据情况设计成探究性实验，比如：用录像片或计算机模拟演示以粒子散射实验。 还有些实验是不适合被设计成探究性实验的，主要是仪器使用、操作训练等类型的实验。比如：初步了解多用电表的原理；通过实际操作学会使用多用电表；以多用电表为测量工具，判断二极管的正负极，判断大容量电容器是否断路或者漏电。 4.展望 新课程的实施势在必行，科学探究作为基础物理课程改革的基本理念，体现在课程目标、课程内容、教学方式、学习目标和课程评价等方面。实验是物理探究的重要科学方法，高中物理实验教学的改革应当关注探究思想的介入，改变将实验的功能仅归于验证理论和培养动作技能的观点。从这个意义上说，物理探究性实验教学的升展是必然趋势。在新课程标准下如何更好地进行物理探究性实验的教学，还有很多问题值得探讨，比如，如何安排实验探究的内容、时间，如何对物理探究性实验进行评价，如何开发物理实验方面的教学资源比如实验室资源、教师人力资源，等等。 参考文献： ［１］王诺.巩固成果、开拓进取，深入开展基础教育课程改革的实验与推广工作——在全国基础教育课程改革实验工作座谈会上的讲话，2003年12月1日. ［２］靳玉乐.探究教学论［M］.重庆：西南师范人学出版社，2001年7月第1版. ［３］陶洪.物理实验论［M］.南宁：广西教育出版社，1996年12月第1版. ［４］张永娟.浅谈中学物理三种水平的探究性实验.现代物理知识，2004年，第4期. ［５］吴建军.论探究性实验教学改革［J］.辽宁高职学报.2004年6月. ［６］吴建军.探究性实验教学设计［J］.沈阳师范大学学报（自然科学版），2004年4月. ［７］林秀仪.小议探究性物理实验与中学物理教学，华南师范大学. ［８］保罗·朗格朗著.终身教育导论［M］.华夏出版社，1988年版. ［９］中华人民共和国教育部制定.普通高中物理课程标准（实验）［M］.北京：人民教育出版社.2003年3月. ［１０］李尚仁编.高中物理课程标准教师读本［M］.武汉：华中师范大学出版社.2003年11月第1版.参考答案
