师：好，各位同学，大家好。今天我们来一起看一看高中物理必修第一册最后一个内容——学生实验。提到物理实验，相信大家并不陌生，初中阶段老师已带领大家做过一些物理实验，大家对其应该有了初步认识。那么高中阶段，物理实验有怎样的变化，又有哪些新要求呢？今天我们就从三个方面来探讨。

　　第一，实验是如何推动物理学发展的。物理实验是概念形成、物理规律发现以及物理理论建立的重要基础。物理实验和理论如同物理学向前发展的两条腿，有时理论在前，实验在后；有时实验在前，理论在后，二者相互促进，共同推动物理学发展。

　　公元前300多年，亚里士多德强调在观察基础上，以数学为模型建立严格逻辑体系。他根据观察，认为重的物体（如石块）下落得快，轻的物体（如树叶、羽毛）下落得慢，并得出“重的物体下落得快，轻的物体下落得慢”的结论，这一结论被人们接受了2000多年。但亚里士多德并未通过实验验证。有位物理学史学者曾说，实验是亚里士多德伸手可及却未做的事。若他拿重力大约为10倍的两个铁球从某一高度同时下落，就会发现快的铁球并非慢的铁球速度的十倍。

　　公元前200多年，古希腊学者阿基米德通过实验得到浮力定律。公元初，托勒密也对折射现象进行了实验研究。

　　16世纪，伟大物理学家伽利略开创科学实验先河，创造了一套对近代科学发展极为有益的科学方法，即将实验和逻辑推理（包含数学演算）和谐结合。相信经过必修第一册的学习，大家对伽利略的实验思想已有所感悟。

　　下面举个引力波的案例。关于引力波是否存在，爱因斯坦根据广义相对论认为应该存在。20世纪70年代初，美国马里兰大学的J·韦伯宣称观测到引力波信号，但无人能重复该实验结果。直到2016年，科学家们用激光干涉仪探索装置首次探测到来自双黑洞合并的引力波信号，这是理论与实验相互结合的典型案例。

　　我们知道，实验和观测会不断向物理学提出新问题，物理学的假说及理论最终都要接受实验和观测的检验。著名的诺贝尔物理学奖，除了颁给在世科学家外，所提出的物理理论必须经过实验检验才能获奖。比如著名物理学家霍金，他提出宇宙演化及黑洞理论，但一直没有实验能直接证明或检验，所以无法获得诺贝尔奖。

　　第二，怎样做好物理实验。我们以探究自由落体运动规律为例，看看伽利略是如何探索的。

　　首先，伽利略进行逻辑推理。他认为根据亚里士多德“重的物体下落得快”的论断会推导出相互矛盾的结论。例如，假定一块大石头下落速度为8，一块小石头下落速度为4。把两块石头捆在一起，大石头会被小石头拖着变慢，整个物体下落速度应小于8；但两块石头捆在一起后比大石头还重，整个物体下落速度又应比8大。这两个相互矛盾的结论，说明亚里士多德“重的物体下落得快”的看法是错误的。

　　经过仔细分析，伽利略认为物体下落运动只有一种可能，即重的物体与轻的物体下落得同样快。这是伽利略对自由落体运动的逻辑推理，但他并未仅停留于此，而是通过具体实验继续探索自由落体运动规律。

　　他首先进行猜想，一是认为速度应该随时间均匀变化，二是认为速度可能随位移均匀变化。接着，他对自由落体运动规律进行实验探索，过程中遇到一些困难。其一，当时条件限制，无法直接测量瞬时速度。伽利略通过数学推理，认为若速度随时间均匀变化，在初速度为0的前提下，位移将与时间的二次方成正比。其二，计时工具无法测量自由落体的短暂时间，当时用的是滴水法计时。于是，他采用合理外推的方法，利用斜面冲淡重力，得到规律后合理外推到自由落体运动，这些在必修一前面的教学中大家已了解。

　　那么在中学物理阶段，我们该如何探索自由落体运动规律呢？

　　其一，明确实验目标。要清楚实验是探究未知规律、验证已知规律还是直接测量某一物理量。本实验是探究自由落体运动速度随时间的变化关系，对中学生而言属于探究未知规律。

　　其二，关注实验原理及实验设计（即实验方案设计）。要了解实验基本原理和仪器基本工作原理。本实验方案是让重锤做自由落体运动，用纸带记录重锤运动数据，分析纸带数据得出重锤速度随时间的变化规律。并且要更换不同质量的重锤重复实验，看规律是否一致。就像PPT上的图，让重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上打出的点分析重锤下落过程的运动规律。

　　其三，做实验时要记录实验数据并处理。要设计数据记录表格，本实验表格应包含记录点（选取纸袋上几个清晰且连续的点），用刻度尺量出各点到初始点的距离，根据所学方法计算出各点的瞬时速度。得到数据后，通过描绘v - t图像直观得出速度与时间t的关系。