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物理演示实验具有形象生动、真实有趣的特点,能在学生形成物理概念、得出物理规律前营造出活生生的物理情景,是物理教学的主要手段之一,是培养学生观察能力、创新能力和科学探究精神的重要途径,“百闻不如一见,百看不如一做”说的就是这个道理。然而对于教材中一些惯俗的、或较难操作的、或实验对象可见度差的、或实验现象显示器变化幅度小的演示实验,物理教师必须广开探究思路,大胆改进。下面笔者结合自己的物理教学实践,浅谈几例。
一、惯性现象的实验改进
1 实验缺陷
物理教材中用来说明惯性现象的实验是,在小车上放置一块小木块,演示“突然拉动小车时,木块由于惯性向后翻倒”,“小车突然停下时,木块则由于惯性向前翻倒”。实践证明,这种传统的“小车 木块”的实验装备,由于在生活和教学中都极为惯俗,所以学生的注意力很容易分散,即便老师把实验演示得十分精彩与成功,也难以取得满意的教学效果。
2 实验改进
改用一只盛满水的杯子取代小车和木块做实验。在讲授“惯性”概念之前,引导学生观察:“当水杯突然向右运动时,水从哪边溢出?”“当水杯突然停住时,水又从哪边溢出?”
3 实验改进后的优点
改进后的实验贴近学生生活,既简单又易懂,富有吸引力。水的溢出,充分调动了学生的无意注意,激发了学习兴趣和求知欲望,使学生的观察思维活动从被动接受知识,转为主动参与学习,大大增强了教学效果。
二、沸点与压强关系的实验改进
1 实验缺陷
在水的沸点与压强关系的演示实验中,教材采用注射器来改变密封系统中的压强。小注射器受本身体积的局限,只能在一定范围内改变密封系统中的压强,用小注射器做实验效果差。
2 实验改进
采用如图1所示的实验装置。用口含着橡皮管吸气或吹气来改变系统中的压强,观察水的沸腾情况(装水的试管底部应加一些粗砂或碎瓷,以防崩沸;在另一空试管中插入玻管,连接加热系统,以防热水汽吸人口腔;该实验装置虽有缓冲器,但仍应注意安全,宜先做减压实验,再做加压实验)。
3 实验改进后的优点
压强变化范围增大,能充分展示沸点随压强变化的现象,效果明显;温度计直接显示了水在不同压强下的沸点的具体温度值,增强了说服力;用口吸气或吹气,增强了学生的实际感受与趣味性,提高了他们的参与意识。
在蒸汽反冲器中加入少量水,然后用酒精灯加热,待水沸腾后,水蒸汽便从铜管的直角端口缝隙吹出,而易拉罐则朝着水蒸汽吹出方向的反方向高速旋转。只要用酒精灯持续加热,水蒸汽与易拉罐的反冲运动就不会停止。
3 实验改进后的优点
能直观地展示易拉罐(铜管)在水蒸汽作用下的反冲运动。不仅现象稳定、明显、动感十足,能满足长时间演示的需要,而且能带给学生多种感官的刺激和愉悦,极大地激发了他们的学习兴趣和自制教具的意识。
五、做功与内能变化关系的实验改进
1 实验缺陷
如图5所示,在物理教材中,克服摩擦做功使物体内能增加的实验是,在固定于底座上的薄壁金属铜管里装入少量的乙醚,然后用软木塞塞紧管口,把一根绳子缠在管子上,并迅速地来回拉绳子,过一会儿,会听到“砰”的一声,软木塞被乙醚蒸气冲出管口。乙醚的温度升高,甚至沸腾,表明它的内能增加了。该实验有如下缺点:(1)实验需要看到乙醚蒸气顶开塞子的现象,就必然会使乙醚蒸气扩散到空气中去,还极易出现乙醚飞溅到脸部、眼睛、嘴唇等处的现象,而乙醚有毒性,这样既污染室内环境,又会直接对师生造成危害。(2)塞子与铜管结合的松紧程度难于控制。太紧,塞子不易被冲开,且实验会耗时很长;太松,塞子被冲开的现象不明显,可见度小。(3)处在边远地区的学校不易找到乙醚。
2 实验改进
方法一:如图7所示,改用“广口瓶吞气球”的实验代替“瓶口吞鸡蛋”实验。演示时,先将气球充气至直径比广口瓶直径略大,并用丝线将气球口扎紧,使之不漏气。然后在广口瓶底部均匀地铺上一层细沙,并将一小块点燃的脱脂棉放入其中,待脱脂棉燃烧殆尽时,迅速将气球紧放于广口瓶上。随后可见气球逐渐变形,慢慢地被瓶口吞食,最后被吸入瓶中,如图8所示。
方法二:取一个薄壁易拉罐(罐口未完全撕开,仅有一个刚好能插吸管的小口子,如图9所示),在罐中装入深度约1cm的水,然后用酒精灯加热,当水沸腾冒出大量水蒸汽时,用钢丝钳抓起易拉罐,并迅速用橡皮泥将罐口密封,置于一边冷却(为加快冷却速度,可用手沾取少量的冷水洒在罐壁上),稍等片刻,便能听到连续的“噼啪”响声,只见易拉罐被严重压瘪,变得面目全非。
3 实验改进后的优点
方法一:该实验取材简便,演示方法简单,且气球的形变比鸡蛋的形变更加直观、明显,现象清晰,震憾力强,富有戏剧性,能深深吸引住学生。
方法二:该实验取材简便,可操作性强;有声有色,现象明显;具有直观性,富有神奇感,吸引力强;说服力强,能有效展示大气压强的存在和大气压强来自四面八方,激发学生开展科学探究的兴趣和热情。但必须注意安全,防止烫伤。
七、电荷在空心导体上的分布的实验改进
1 实验缺陷
如图10所示,观察电荷在导体上的分布的实验是,用验电球分别接触带电空心金属球的内外表面,然后再去接触验电器的金属球,以检验空心金属球内外表面电荷的分布情况。该实验多数情况下会由于空气湿度和实验材料等原因,导致实验效果不明显甚至无效果,从而干扰学生对“带电导体处于静电平衡状态,它所带的电荷只分布在导体的外表面上,导体内部不带电荷”这一知识的正确理解,导致学生被动地接受本来就不认可的知识。
2 实验改进
将蓖麻油和头发屑(约1mm长)放入玻璃培养皿中,用细棒搅匀,置于幻灯上投影,再将小铜环置于玻璃皿的中央,用导线将小铜环与感应起电机的一个放电球相接,使铜环带电,则环外发屑按电场线方向排列起来,而环内发屑仍保持无规则状态。这一现象表明电荷只分布在导体外表面上,产生电场,而导体内部无电荷,不产生电场。
3 实验改进后的优点
实验现象直观、明显,化抽象为具体,激发了学生的兴趣,化解了学习的难点,为学生理解电荷在导体上的分布理论搭设了桥梁。
总之,同样的实验现象可以通过不同的方法来实现。教师只要抓住它们的本质,坚持做有心人,保持长久关注的心态和孜孜以求的精神,不断地从专业书籍、报刊杂志、电视网络、同行专家等处学习新的思想和方法,在模仿的基础上比较,在比较的基础上改进,在改进的基础上创新,便能很好地解决实验中存在的问题,达到使学生既“知其然”,又“知其所以然”的实验教学目的。
一、惯性现象的实验改进
1 实验缺陷
物理教材中用来说明惯性现象的实验是,在小车上放置一块小木块,演示“突然拉动小车时,木块由于惯性向后翻倒”,“小车突然停下时,木块则由于惯性向前翻倒”。实践证明,这种传统的“小车 木块”的实验装备,由于在生活和教学中都极为惯俗,所以学生的注意力很容易分散,即便老师把实验演示得十分精彩与成功,也难以取得满意的教学效果。
2 实验改进
改用一只盛满水的杯子取代小车和木块做实验。在讲授“惯性”概念之前,引导学生观察:“当水杯突然向右运动时,水从哪边溢出?”“当水杯突然停住时,水又从哪边溢出?”
3 实验改进后的优点
改进后的实验贴近学生生活,既简单又易懂,富有吸引力。水的溢出,充分调动了学生的无意注意,激发了学习兴趣和求知欲望,使学生的观察思维活动从被动接受知识,转为主动参与学习,大大增强了教学效果。
二、沸点与压强关系的实验改进
1 实验缺陷
在水的沸点与压强关系的演示实验中,教材采用注射器来改变密封系统中的压强。小注射器受本身体积的局限,只能在一定范围内改变密封系统中的压强,用小注射器做实验效果差。
2 实验改进
采用如图1所示的实验装置。用口含着橡皮管吸气或吹气来改变系统中的压强,观察水的沸腾情况(装水的试管底部应加一些粗砂或碎瓷,以防崩沸;在另一空试管中插入玻管,连接加热系统,以防热水汽吸人口腔;该实验装置虽有缓冲器,但仍应注意安全,宜先做减压实验,再做加压实验)。
3 实验改进后的优点
压强变化范围增大,能充分展示沸点随压强变化的现象,效果明显;温度计直接显示了水在不同压强下的沸点的具体温度值,增强了说服力;用口吸气或吹气,增强了学生的实际感受与趣味性,提高了他们的参与意识。
在蒸汽反冲器中加入少量水,然后用酒精灯加热,待水沸腾后,水蒸汽便从铜管的直角端口缝隙吹出,而易拉罐则朝着水蒸汽吹出方向的反方向高速旋转。只要用酒精灯持续加热,水蒸汽与易拉罐的反冲运动就不会停止。
3 实验改进后的优点
能直观地展示易拉罐(铜管)在水蒸汽作用下的反冲运动。不仅现象稳定、明显、动感十足,能满足长时间演示的需要,而且能带给学生多种感官的刺激和愉悦,极大地激发了他们的学习兴趣和自制教具的意识。
五、做功与内能变化关系的实验改进
1 实验缺陷
如图5所示,在物理教材中,克服摩擦做功使物体内能增加的实验是,在固定于底座上的薄壁金属铜管里装入少量的乙醚,然后用软木塞塞紧管口,把一根绳子缠在管子上,并迅速地来回拉绳子,过一会儿,会听到“砰”的一声,软木塞被乙醚蒸气冲出管口。乙醚的温度升高,甚至沸腾,表明它的内能增加了。该实验有如下缺点:(1)实验需要看到乙醚蒸气顶开塞子的现象,就必然会使乙醚蒸气扩散到空气中去,还极易出现乙醚飞溅到脸部、眼睛、嘴唇等处的现象,而乙醚有毒性,这样既污染室内环境,又会直接对师生造成危害。(2)塞子与铜管结合的松紧程度难于控制。太紧,塞子不易被冲开,且实验会耗时很长;太松,塞子被冲开的现象不明显,可见度小。(3)处在边远地区的学校不易找到乙醚。
2 实验改进
方法一:如图7所示,改用“广口瓶吞气球”的实验代替“瓶口吞鸡蛋”实验。演示时,先将气球充气至直径比广口瓶直径略大,并用丝线将气球口扎紧,使之不漏气。然后在广口瓶底部均匀地铺上一层细沙,并将一小块点燃的脱脂棉放入其中,待脱脂棉燃烧殆尽时,迅速将气球紧放于广口瓶上。随后可见气球逐渐变形,慢慢地被瓶口吞食,最后被吸入瓶中,如图8所示。
方法二:取一个薄壁易拉罐(罐口未完全撕开,仅有一个刚好能插吸管的小口子,如图9所示),在罐中装入深度约1cm的水,然后用酒精灯加热,当水沸腾冒出大量水蒸汽时,用钢丝钳抓起易拉罐,并迅速用橡皮泥将罐口密封,置于一边冷却(为加快冷却速度,可用手沾取少量的冷水洒在罐壁上),稍等片刻,便能听到连续的“噼啪”响声,只见易拉罐被严重压瘪,变得面目全非。
3 实验改进后的优点
方法一:该实验取材简便,演示方法简单,且气球的形变比鸡蛋的形变更加直观、明显,现象清晰,震憾力强,富有戏剧性,能深深吸引住学生。
方法二:该实验取材简便,可操作性强;有声有色,现象明显;具有直观性,富有神奇感,吸引力强;说服力强,能有效展示大气压强的存在和大气压强来自四面八方,激发学生开展科学探究的兴趣和热情。但必须注意安全,防止烫伤。
七、电荷在空心导体上的分布的实验改进
1 实验缺陷
如图10所示,观察电荷在导体上的分布的实验是,用验电球分别接触带电空心金属球的内外表面,然后再去接触验电器的金属球,以检验空心金属球内外表面电荷的分布情况。该实验多数情况下会由于空气湿度和实验材料等原因,导致实验效果不明显甚至无效果,从而干扰学生对“带电导体处于静电平衡状态,它所带的电荷只分布在导体的外表面上,导体内部不带电荷”这一知识的正确理解,导致学生被动地接受本来就不认可的知识。
2 实验改进
将蓖麻油和头发屑(约1mm长)放入玻璃培养皿中,用细棒搅匀,置于幻灯上投影,再将小铜环置于玻璃皿的中央,用导线将小铜环与感应起电机的一个放电球相接,使铜环带电,则环外发屑按电场线方向排列起来,而环内发屑仍保持无规则状态。这一现象表明电荷只分布在导体外表面上,产生电场,而导体内部无电荷,不产生电场。
3 实验改进后的优点
实验现象直观、明显,化抽象为具体,激发了学生的兴趣,化解了学习的难点,为学生理解电荷在导体上的分布理论搭设了桥梁。
总之,同样的实验现象可以通过不同的方法来实现。教师只要抓住它们的本质,坚持做有心人,保持长久关注的心态和孜孜以求的精神,不断地从专业书籍、报刊杂志、电视网络、同行专家等处学习新的思想和方法,在模仿的基础上比较,在比较的基础上改进,在改进的基础上创新,便能很好地解决实验中存在的问题,达到使学生既“知其然”,又“知其所以然”的实验教学目的。