例談科學探究實驗與實驗報告

整理完所收集到的數據與信息後,就要對數據進行分析和處理,“套用科學的思維方法,通過分析和歸納,找出規律,嘗試根據實驗現象和數據處理得出結論,並對實驗結果予以解釋和描述”,通過對實驗數據的處理,能得到哪些反饋呢? 

用自己的語言去總結實驗結論時,需要注意的是實驗結論一般應具有以下特徵:①條件相當嚴格,不能任意擴大或縮小;②實驗方法相當完善,當然也有需要進一步完善的地方;③表述簡潔而嚴明,應儘量用嚴密且準確的科學術語來描述,且具有相當嚴謹的邏輯。 

六、心得體會 

通過實驗,汲取失敗的教訓,積累成功的經驗。實驗後要提交實驗報告,報告中要科學地表述自己的探究思路、過程、方法和結論。踢過足球比賽的大都知道“我們在比賽中,既要注重自己的積極突破,又要注重團隊的團結合作”的道理,同樣在科學探究實驗中,自我自主探究與交流協作也一樣重要。在合作中注意既要堅持自己的原則,有自己的思考、有自己的觀點、有自己的實驗方案,也要能夠積極聽取他人的建議,尊重他人的意見和成果。只有我們親身親歷科學探究,才能收穫一種習慣,養成一種意識,養育一種能力,這對我們今後無論是學業還是事業都是極其重要的。 

下面以“探究加速度與質量、力之間的關係”的實驗為例,簡要探討如何進行科學探究和書寫實驗報告。 

實驗原理及實驗方案:牛頓第一定律告訴我們,力並不是維持物體運動狀態的原因,而是改變物體運動狀態的原因。簡而言之,物體運動狀態的改變體現在速度的改變上,而速度發生變化就表明物體具有加速度,因此可以說力是使物體產生(或具有)加速度的原因。同是一輛靜止的汽車,施加的牽引力越大,至某一速度所需要的時間越短。由此我們不妨假設加速度與力成一次函式a=kf+b,同時假設b=0。假設成立與否,還需要用實驗探究和驗證。同時,物體的質量越大即慣性越大,物體的運動狀態就越難以發生改變,即加速度越小,由此我們不妨假設a=b+1/km,同時假設b=0。由此,我們現在所要探究的加速度是同時與力、質量有關的,那么又有怎樣的關係呢?按照哲學上的觀點,物體運動狀態的變化情況是由合外力(外因)和質量(內因)共同決定的,合外力和質量兩個因素統一於影響物體運動狀態的改變過程當中,同時又是矛盾的。合外力促使加速度的產生,質量則維持原有狀態不變,阻礙加速度的產生。在物理學中我們研究一個物理量同時與兩個或多個物理量(或因素)有關的多元問題的基本方法就是控制變數法,即先保持其他物理量(或因素)不變,逐步分析所求物理量與其中某一物理量的關係,而後總結出這幾個量之間的關係。因此,我們可以首先固定質量,探究加速度與力之間的關係;而後固定合外力,探究加速度與質量間的關係;最後總結出加速度與合外力、質量的關係。 

如果a=k1f成立,反映在a-f圖線上就應該是條過原點的傾斜的直線;如果a=k2m成立,反映在a-m圖線上就應該是條雙曲線,然而真實地判斷該圖線是否是雙曲線是比較複雜的,不過我們可以變換角度,將a與m成反比轉化為a與1/m成正比,即反映在a-1/m圖線上就是一條過原點的傾斜的直線。但加速度是不易測量的,因此我們需將其轉化為位移,而且我們所探求的主要是a與f、m間的關係,從另一個角度也說明無須求解a的實際值。設計實驗時使小車做初速度為0的勻加速直線運動,同時將小車放在相同的位置,並同時打開和關閉資料夾使兩小車運動的時間相等,由s=at2/2便可得出a1/a2=s1/s2。這樣就將加速度轉化為位移,以後做就好的多了。 

教材給出了實驗裝置,但不甚好。一方面嚴格的光滑水平木板是沒有的,普通實驗室中的木板大都相當粗糙,不符合實驗要求;另一方面,若往小盤中放砝碼,好多同學放置的大都不是比較均勻,然而這樣做很容易帶來相當大的誤差。改進後的實驗裝置如下圖: 

實驗器材:上部有凹槽的小車兩個,一端帶有定滑輪的長直木板兩個,大型資料夾一個,砝碼若干,勾碼若干,細線若干,刻度尺一把。 

為記錄小車的加速度,我們可以採用打點紙帶,同時為避免小車與定滑輪的碰撞,可以在小車後拴兩條較長的細線,細線的另一端加以固定。本實驗方案捨棄砝碼盤,而採用勾碼,可以保證拉力在一條直線上,增減勾碼即改變了小車受到的拉力。在小車上增減砝碼的質量,即改變了小車的質量。 

為得到近似光滑的長直木板,我們通常採用平衡摩擦力的方法:不加砝碼,不系細線,試探著移動墊木,使放置在斜面上的小車近似做勻速直線運動,此時物體受g、n、f三個力的作用而處於平衡,合力為0,得gx=f,兩力的作用效果相互抵消,就相當於f不存在。而當小車受到細線的拉力後,就相當於僅受該