物理实验和科学研究

全日制义务教育《物理课程标准》在课程性质中讲：要让学生经历基本的科学探究过程，受到科学态度和科学精神的熏陶；《物理课程标准》价值之一讲:要通过科学探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究的方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度。《物理课程标准》特别将科学探究纳入内容标准，旨在加强对学生科学素质的培养。学生不仅应学习物理知识和技能，还应经历一些科学探究过程，学习科学方法，了解科学技术社会，逐步树立科学的世界观。科学探究应渗透在教材和教学过程的各个部分，促进学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观方面协同发展，在素质教育中发挥着重要的作用。

以下以测密度方法为例，谈一下我对物理实验和科学探究的认识。

一、 天平量筒法

方法：直接用天平测质量m，用量筒测体积v。

1、固体

（1）密度大于水的固体，质量在体积前测量，避免沾水后质量偏大；放入水中要排除气泡，避免体积偏大。

（2）密度小于水的固体：

①按入法：用细铁丝或大头针将物体恰好全部按入水中，便于测体积。

②助沉法：在量筒中先将助沉物全部浸没水中，测出总体积V1；然后将待测物体和助沉物一起浸没，测出总体积V2，求出待测物体体积V=V2－V1。

2、液体

方法：先测出烧杯和液体的总质量m1，再倒入一部分到量筒中，测出剩余液体和烧杯的总质量m2，求出倒入量筒中一部分液体的质量m=m1-m2；同时从量筒读出量筒中一部分液体的体积V，求出液体的密度ρ=（m1-m2）/V。此时质量和体积相应，误差较小。若先测出烧杯的质量m1，再测出烧杯和液体的总质量m2，求出液体的质量m，全部倒入量筒中测出液体的体积v，求出液体的密度ρ也可。但由于烧杯沾有液体，体积偏小，密度偏大。若先倒入量筒测出液体的体积v，然后测出烧杯的质量m1，再测出烧杯和液体的总质量m2，求出液体的质量m，又质量偏小，故密度偏小。

二、漂浮法

1、漂浮的质地均匀的规则柱体

可用刻度尺量出物体的长度L1，让物体漂浮在水中，测出物体漂浮在水中时，测出物体露出水面的长度L2，设底面积为S，根据漂浮条件和所测数据，可推出密度ρ=ρ水（L1-L2）/L1。

若再将其放入另一种待测液体中使其漂浮，测出物体露出水面的长度L3，根据漂浮条件，可求出待测液体的密度ρ液=ρL1/（L1-L3）。

注：也可直接测出水下部分的长度。

2、不规则物体

在量筒中放入适量水，记下体积V1；将物体放于量筒中，使其漂浮，记下总体积V2；再将其放入水中，便其浸没在水中，记下总体积V3；则可计算出密度ρ=ρ水（V2-V1）/（V3-V1）。 注意：如是下沉物，可想法使其漂浮（如橡皮泥可捏成空心碗状）。若用柱形容器代替量筒，则可按上述步骤用刻度尺分别量出水的深度h1、h2、h3。设容器底面积为S，如上可推导求出密度ρ=ρ水（h2-h1）/（h3-h1）。

三、称重法

用弹簧测力计和水测量水中下沉物体的密度。

步骤：1、用弹簧测力计测出空气中物体的重力Ｇ。

2、将其浸没在水中，读出弹簧测力计的示数Ｆ。

3、计算密度为：ρ=Ｇρ水/（Ｇ-Ｆ）。

四、替代法

1、固体

方法1：用天平称出物体的质量m；将烧杯中装满水，用天平称出总质量m1，把物体浸没水中后取出，称出剩余水和烧杯的总质量m2，则溢出水的质量为两者之差m1－m2，求出溢出水的体积即为物体的体积;求出物体的密度。

方法2：用天平称出物体的质量m；将烧杯中放入适量的水，用天平称出总质量，用线吊着物体浸没水中（不碰容器底），称出总质量m2，则两者之差为排开水的体积即为物体的体积v=(m2-m1)/ρ水，求出物体的密度ρ=mρ水/(m2-m1)。

2、液体

用天平称出空烧杯的质量m；将烧杯中装满水（或作好标记），用天平称出总质量m1：将水倒干，装入同样多的待测液体，用天平称出总质量m2：计算密度ρ=(m2－m)ρ水/(m1－m)。

五、U型管法（压强平衡法）

适用条件：适用于与水不相容的液体。

在U型管中注入一定量的水，再注入一定量的被测液体，分别测出液体交界面到达水面和液体面的深度h1、h2，根据两液体对交界面的压强相等，由p1=p2求出待测液体的密度ρ=ρ水h1/h2。

六、转换法（如测一粒花生米的密度）

用传统方法直接测一粒花生米的质量太小，误差会很大，且测一粒花生米体积同样数值太小，甚至小于1cm3误差会更大，这样计算出的花生米密度误差太大，或者没有意义。可在烧杯中加入适量的水，将花生米放入烧杯中沉入烧杯底，向烧杯中不断加入盐，边加盐边搅拌，直至花生米悬浮，此时再测出该盐水的密度即为花生米的密度。当然测密度的方法还有很多，如可用密度计等。

物理实验中包含了科学探究的各个环节，科学探究渗透在每一个实验中，它们在整个物理教学中融为有机的整体，能够有效地培养学生的兴趣，激发学生的求知欲望，启迪学生智慧，陶冶情操，能够创设符合学生认知规律的学习环境，能够较好地训练学生的科学方法和培养各种能力，因此是物理教学中重要的组成部分。当今国际上的物理教学正在进行着深刻的变革，加强科学探究和物理实验是国际物理教学领域中改革的共同趋势，也是我国基础教育落实科学素质教育的重要措施。