七種化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式
1.積累法
個(gè)別微小量的檢測(cè),在現(xiàn)有儀器的確切度內(nèi)無(wú)法測(cè)確切,若采用將那些微小量積累后求平均的方式能減少偏差。如要測(cè)一面書(shū)紙的長(zhǎng)度,可測(cè)全部書(shū)紙的總長(zhǎng)度,之后乘以紙張數(shù);在用單擺測(cè)定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中,須要測(cè)定單擺的周期,用秒表去測(cè)一次全震動(dòng)的時(shí)間偏差很大,但可以測(cè)30—50次震動(dòng)的時(shí)間t,進(jìn)而求出單擺的周期T=t/n(n為全震動(dòng)次數(shù))。
2.控制法
在一些實(shí)驗(yàn)中,常常存在多種變化誘因,為了研究個(gè)別量之間的關(guān)系,可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)誘因的影響。比如,在驗(yàn)證牛頓第二定理的實(shí)驗(yàn)中,為了驗(yàn)證加速度a與合外力F及物體質(zhì)量m兩者的關(guān)系,可以先保持m不變,研究a與F的關(guān)系,研究a與m的關(guān)系再保持F不變,驗(yàn)證a與m的關(guān)系。又如研究導(dǎo)體中的電壓硬度I與導(dǎo)體的阻值R和導(dǎo)體兩端電流u的關(guān)系,可以先保持R不變,研究I與U的關(guān)系,再保持u不變,研究I與R的關(guān)系,因而得到導(dǎo)體的電壓硬度與導(dǎo)體兩端的電流成反比物理實(shí)驗(yàn)怎么做,與導(dǎo)體的內(nèi)阻成正比的推論。
3.放大法
在現(xiàn)象、變化、待檢測(cè)很微小的情況下,可采用“放大”的方式。按照放大對(duì)象的不同,放大的方式也各異。螺旋測(cè)微計(jì)、游標(biāo)千分尺是對(duì)“長(zhǎng)度”的“機(jī)械放大”;望遠(yuǎn)鏡,顯微鏡是借助透鏡來(lái)進(jìn)行“光放大”;揚(yáng)聲器,蜂嗚器是對(duì)聲的放大;用晶體二極管可對(duì)聯(lián)通號(hào)進(jìn)行“電放大”;投影式是表、教具利用投影儀來(lái)放大。
數(shù)學(xué)課本上介紹的卡文迪許設(shè)計(jì)的檢測(cè)萬(wàn)有引力的知名扭秤裝置,該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要檢測(cè)出因?yàn)樾∏騧遭到大球m′的吸引時(shí)物理實(shí)驗(yàn)怎么做,石英絲被扭轉(zhuǎn)的角度。并且小球m和大球m′之間的引力十分微弱,以致石英絲扭轉(zhuǎn)的角度也極為微小,不進(jìn)行放大難以觀測(cè)。卡文迪許正是巧妙地運(yùn)用了光點(diǎn)反射放大法,利用從小平面鏡M的反射光在刻度尺上聯(lián)通的距離來(lái)求出扭轉(zhuǎn)角,再依照扭轉(zhuǎn)角就可以算出m與m′的引力F。
光點(diǎn)反射放大法是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的放大方式,它是使光的反射角的微小變化,通過(guò)反射線投射到遠(yuǎn)處光屏上的光點(diǎn)的移位來(lái)顯示,其變化的明顯程度取決于反射鏡至光點(diǎn)投射之間的距離;另外,杠桿放大法也是較常用的放大方式,它是借助有固定轉(zhuǎn)軸的表針,微小變化作用于表針杠桿的短臂,而觀察點(diǎn)則在長(zhǎng)臂的頂端,觀察的明顯程度取決于長(zhǎng)臂與短臂的比值。
4.轉(zhuǎn)換法
個(gè)別數(shù)學(xué)量不容易直接檢測(cè),或個(gè)別現(xiàn)象直接顯示有困難,可以采取把所要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成其他變量進(jìn)行間接觀察和檢測(cè),這就是轉(zhuǎn)換法。
如玻璃瓶的微小形變無(wú)法直接觀察,但用插在瓶蓋上的毛細(xì)管里液柱的高低來(lái)顯示,則現(xiàn)象顯著;雙金屬片熱脹冷縮時(shí)的彎曲,不用投影儀是不容易認(rèn)清楚的,但借助它的彎曲來(lái)接通電路,則療效更好。
5.平衡法
化學(xué)學(xué)中常借助一個(gè)量的作用與另一個(gè)(或幾個(gè))量的作用相同,相當(dāng)或相反來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),制做儀器,進(jìn)行檢測(cè),這就是所謂的平衡法。如彈簧秤的設(shè)計(jì)是借助了力的平衡,天平的設(shè)計(jì)是按照扭矩的平衡,濕度計(jì)的設(shè)計(jì)思想是熱的平衡等。
6.比較法
比較法是在一定的條件下找出研究對(duì)象之間的同一性和差別性。在數(shù)學(xué)學(xué)中因?yàn)檠芯繉?duì)象的廣泛性和多樣性,比較的方式也是靈活多樣的,可以是比較某化學(xué)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)前后的變化情況,可以是同時(shí)對(duì)幾類數(shù)學(xué)對(duì)象的現(xiàn)象,變化過(guò)程的比較,也可以是比較同一對(duì)象中不同條件下的變化情況等。如通路自感實(shí)驗(yàn),就是通過(guò)電感大道和內(nèi)阻大道在通電時(shí)兩燈泡發(fā)綠的先后比較,來(lái)說(shuō)明線圈在通過(guò)自身的電壓發(fā)生變化時(shí)會(huì)形成感生電動(dòng)勢(shì),妨礙電壓的變化。在研究透鏡成像的實(shí)驗(yàn)中,就是比較物體在u>2f,f<u<2f和u<f三種不憐憫況下通過(guò)透鏡所成像的不同,從而總結(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律和特性的。
7.留跡法
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,有些化學(xué)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝,如運(yùn)動(dòng)物體所處的位置、軌跡或圖象等,用一定的方式記錄出來(lái),之后通過(guò)檢測(cè)或觀察來(lái)進(jìn)行研究,就是留跡法。如測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的實(shí)驗(yàn),就是通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)記錄貨車的位移和運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,因而估算貨車在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度,并求出加速度;對(duì)簡(jiǎn)諧震動(dòng)則是通過(guò)擺動(dòng)漏斗露出的細(xì)沙落在勻速帶動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置,因而能很便捷地研究諧振動(dòng)的圖象;用閃光拍照法記錄自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡;用示波器顯示變化的波形等,都是用留跡法進(jìn)行研究的。
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