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小议物理实验的改进

范文

刘昌鸣

摘要：本文阐述跳出改进实验的俗套，创新物理实验改进的途径，从实验思想、实验方法、实验目的去改进实验.

关键词：物理实验；改进；实验现象

物理是一门以观察和实验为主的学科，教师的“教”要得心应手，学生的“学”能心服口服，实验是重要手段.在初中阶段根据学生对实验的好奇心、认知能力的特点，积极开展物理实验教学，不仅能培养学生的信息收集和整理等基本技能，而且可以培養学生观察能力、思维能力、动手能力.而实验的不断创新和改进，使教师的教学达到了事半功倍的效果.反之，教学乏力，学生厌学.纵观初中物理的实验，有的过于平凡，激发不出学生的兴趣，如“乒乓球放入水里显示其受浮力的实验”；有的过于深奥，如“气体对外做功，水蒸气的内能减少的实验”，这样也不能调动学生的积极性，诱发不出学生的潜能.俗话说：“跳一跳能摘到桃子才好”.所以，实验的改进与创新大有裨益.而现行有的实验改进，不外乎从可视效果、方便操作、因陋就简方面入手，这大大地束缚教师的手脚.实验的思路不开阔，方法不对路，作品就上不了档次，效果就不好.要改变这种局面，教师除了要加强学习，深入研究，更重要的是跳出改进实验的俗套和樊笼，敢于叛精离道，才会产生创新的点子，制作出有新意的作品.

一、实验思想的改进

全日制九年义务教育《物理课程标准》（2011年版）中课程基本理念关于验证性、演示类和探究性实验都作这样的描述：关于实验请你做出猜想，然后用已有的仪器或身边的物品进行实验，验证（或否定）你的猜想.从实验思想上改进入手，利用一些简单器材，使实验现象明显，可视度大，甚至在实验中产生良好的听觉效果，学生才容易记住，增强对课本知识的理解.例如“探究重力势能大小与哪些因素有关”的实验，以下是“人教版”八年级物理教学中一些设计：

案例1 在一个透明的玻璃容器内装上沙子，如图1所示.实验一：用一个钢球先后从不同高度释放，观察铁球落在沙子中的深度（图1甲）；实验二：用大小相同质量不等的钢球、玻璃球从同一高度释放，观察两球落在沙子中的深度（图1乙）.

现象在实验一中，钢球的释放高度越大，落在沙子中的深度越大；在实验二中，质量大的钢球落在沙子中的深度大.

结论重力势能跟物体的质量和高度都有关系，且物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大.

事实曾用细沙子、面粉都做了此实验，结果都不理想.原因是这两种物品的阻力大，钢球掉在沙子、面粉里的较浅，学生无法从正面和侧面看到，教师只能从上面俯视才可比较.由于整个教室里面的学生根本看不到，实验的可视度就差，加上面粉还会溅出，污染环境，故此实验的效果要打上大大的折扣；于是有人进行如下两种的改进：

改进（一）如图2所示

（1）重力势能的大小无法直接观察到，所以采用转换法，通过观察方桌陷入沙中的深浅来判断重力势能的大小；

（2）由实验可知，图2甲、乙中物体的质量相同，但是从不同高度落下，结论：物体的质量相同时，高度越大，具有重力势能越大.

（3）由实验可知，图2乙、丙中物体的质量不同，但是从相同高度落下，结论：物体的高度相同时，质量越大，具有重力势能越大.

问题真正这样去实验，让物块砸中小方桌的正中难以控制.砸歪了方桌倾倒陷下去的深浅无法比较.即使砸中了有现象但不够刺激，学生无法从听觉和视觉同时感受到.

改进（二）如图3所示，用物块砸插入沙子中相同深度的木桩.

（1）该实验是通过比较木桩陷入沙中的深浅来判断重力势能的大小.

（2）由图3实验可知：物体的高度相同时，质量越大，具有重力势能越大；物体的质量相同时，高度越大，具有重力势能越大.

问题小物块砸中木桩比图2砸方桌更难，此实验原理的题目可用作学生练习或考试.

改进（三）用双球、双轨道进行实验.如图4所示.

（1）用做功的大小判断势能大小代替用破坏力大小判定重力势能大小.

（2）学生可观察到质量不同的两个小球从同一高度同时下滚，碰撞相同木块，移动的距离不同.

（3）学生可观察到质量相同的两个小球从不同高度同时下滚，碰撞相同木块，移动的距离不同.

问题前面探究动能的大小也是这样做，只不过是单轨而已，重复后对学生的吸引力差了，激发不出学生的兴趣，实验还要涉及做功和能量转化的知识.

改进（四）由于课本对能量是这样说：“一个物体能够做功，我们就说它具有能量.” 而对功是这样描述：“物体在力的作用下，沿力的方向上通过了一段距离，这力就对物体做了功.”所以，从物体下落时的破坏力来判断它的势能大小.如图5所示，是对上述实验的改进.

取两个透明的塑料桶，用橡皮筋把白纸扎紧桶口.（1）将体积相同、质量不等的塑料球和铁球分别从同一高度释放，铁球砸穿白纸掉入桶中产生“噗”和“嗵”的两下响声，塑料球落在塑料桶口的白纸上（图5甲、乙）；（2）再将塑料球举高些释放，塑料球也可将白纸砸穿落入桶中并产生“噗”和“嘭”的声音（图5丙、丁）.

评估

该实验装置简单，能直观地显示物体重力势能与物体质量和高度有关.

实验的现象明显，可视度大，效果非常理想，学生反映非常强烈.

二、实验方法的改进

管理学的二八定律告诉我们20%叫关键因素.做事情时把20%的关键点抓住了，也许你的工作就事半功倍.实验方法既具有普遍性又具有特殊性，方法是技巧的枢纽和抓手.教师要打破思维定式，敢于质疑，不要盲从权威，跳出实验设计的俗套.在注重提高实验的安全性、可靠性的同时，从实验方法上有所创新，极其简单的方法，实验的操作、过程和现象都很新颖，给学生启发或启迪，学生课后会模仿老师开展一些力所能及的实验，大大的激发学生学习的兴趣.如“密度与温度的实验”.物质的密度与温度有关，大多数物质在温度升高时，体积膨胀，密度变小；在温度降低时，体积缩小，密度变大，即热胀冷缩.为了揭示这一物理规律， “人教版”教材设计了这样一个实验：

案例2 在室温下吹鼓两个气球，分别把它们放在冰箱的冷藏室和炉火附近，过一会儿，你会发现什么现象？

笔者发现：把气球放在炉火旁和冰箱冷藏室几乎看不出什么变化，且不便于课堂演示.

改进（一）有的教材是用“风的形成实验箱”进行实验方法的改进.实验中用蜡烛作热源，目的是形成温差，让空气流动形成风.但实验效果也不够理想，而且有的学校没有这一实验仪器.

改进（二）（1）用一个大塑料瓶，如高橙、雪碧等去底去盖，再在侧壁用小刀挖一小洞.将一个小塑料瓶，如娃哈哈等去底，瓶口卡进侧壁洞口，并用橡皮泥封严.以上材料也可用玻璃小瓶、如口服液瓶、眼药瓶等代替（如图6）.

（2）用上述装置罩在燃烧的蜡烛上，瓶口正对着火苗，可清晰地看到火苗向一定方向飘动，如图6所示.说明这时在瓶内外形成了温差即形成了风.如果再在小瓶底口处点燃蚊香也可看到烟流向大瓶内.转动大瓶，火苗也随着改变飘动的方向.

评价改进（二）比改进（一）好，但是可视度低些，学生兴趣不大.

改进（三）我自制“孔明灯”来改进此实验（如图7甲、乙所示），效果很好.具体操作如下：

酒精灯2盏，黑色塑料袋、打火机、订书机各1个，实验时先在塑料袋口边缘订一圈订书针（增加塑料袋的重量并降低重心），再将酒精灯点燃，手把塑料袋撑开罩在酒精灯上方，过一会儿塑料袋中的空气变成热空气，松开双手，塑料袋就会慢慢升起来.

三、实验目的的改进

教育的目的是为了培养学生具备一定的思维和能力而终生受益；读书的目的不是求异而是为了求同；实验的目的是为了使学生理解物理原理与规律.在常规学习的基础上，通过实验目的的改进，来增强课堂实验的趣味性，更加吸引学生的注意力，增强学生学习的动力和学习的积极性.

案例3 例在探究“流体流速与压强”的关系时，教材设计了这样几个实验：①硬币跳高；②向兩平行放置的纸中间吹气；③将乒乓球压入漏斗内，用嘴向漏斗细口吹气.

实际情况实验①肺活量不够的人很难吹成功；实验②学生不能理解两平行的纸里外压强的关系；实验③由于漏斗嘴吹之前要消毒，课堂上不能重复实验.

采用改进方法

（1）电吹风吹平衡杠杆一端流线体的实验

操作方法先将杠杆的中点支起来并调节使其在水平位置平衡（如图8甲所示），然后在左边挂上一机翼模型，然后在杠杆的右端适当的位置挂上几个钩码，使杠杆重新在水平位置平衡.这时候，用电吹风对着机翼模型吹风，很快机翼模型向上升起，杠杆向挂钩码的那端倾斜（如图8乙所示）.同样，将机翼模型反转过来（相当于汽车的导流板）挂在杠杆上，另一端挂钩码平衡后（如图9甲所示）.用电吹风对着机翼模型吹风，很快机翼模型向下降，杠杆挂钩码的那端翘起（如图9乙所示）.显然，实验揭示了“流体流速越大，压强就越小”的规律，机翼产生向上的升力，汽车导流板产生向下的压力.

创新之处平衡杠杆的失衡显示飞机的机翼和汽车的导流板气流的作用下分别产生了升力和向下的压力——实验的趣味性增强；这套装置结构简单，很好操作.

（2）电吹风吹乒乓球的实验

操作方法：先将电吹风的低档风速打开，让风口朝上，再将乒乓球小心翼翼的放在风口上面一些，直至乒乓球悬浮在风口上方（如图10所示）.实验表明“流体流速越大，压强越小”.改进之处：这个实验比“用嘴吹漏斗中的乒乓球”容易操作，可视度大，趣味性更强.学生回家后可重复演示并深入观察和研究规律.

四、后记

初中物理教学中对实验改进的原则：一是“直观”.让学生能从演示实验中直接观察到物理过程，认识物理现象本质，避免拐弯抹角；二是“明显”.实验现象、实验过程要显著；三是“简单”.演示器材尽量少，结构尽量简单，操作尽量简便，不必过分追求仪器的精密、先进和结构的复杂；四是“可靠”.确保演示实验一次成功.只要在物理教学中通过对实验的不断探究、改进和实践，就能充分发挥实验教学在物理教学中的重要作用，并能达到良好的教学效果.

参考文献：

[1]教育部审定的义务教育教科书九年级《物理》全一册[M].人民教育出版社， 2015，5.

[2]义务教育教科书的教师用书九年级《物理》全一册[M].人民教育出版社， 2015，5.

[3]高善刚.高中物理实验教学的改进策略[J].中学物理，2016（11）：10-11.

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