對初中物理課本一個演示實驗的改進

慎永躍

作為物理教育工作者,我們都知道實驗在物理教學中的重要意義。通過實驗使學生獲得必要的感性認識,從而幫助他們形成正確的概念,加深對規律的認識,加強對知識的理解和記憶。作為教師的演示實驗來說,通過實驗加強直觀教學,刺激學生的感觀使思維活躍起來,幫助學生在感性認識的基礎上上升為理論。為了達到上述目的,演示實驗必須做到:確保實驗成功,演示的現象要清楚,使每個學生都能觀察到。

現行人教版九年義務教育初中物理第二冊18頁圖2-11的空氣推動塞子時內能減小的實驗,筆者在多年的教學中按課本的方法進行演示實驗,發現:該實驗很難成功,實驗現象極不明顯。只有做演示實驗的教師留心觀察,才能看到極不明顯的霧出現。不要說使每個學生都能觀察到,即使第一排的學生可能也觀察不到。由于實驗的不成功,根本無法讓學生感知瓶內的空氣推動瓶塞做功時,內能減小,溫度降低。因而也很難進一步讓學生得出:“物體對外做功時,本身的內能會減小”的結論。要使學生接受這一結論也只能是勉強,沒有說服力。這樣勢必影響學生對知識的理解和記憶,也必將影響學生今后對熱力學定律的理解。

造成課本這一演示實驗難以成功的原因,筆者認為是教師難以對瓶內氣壓的大小做到自由控制。塞子塞得太緊,擔心用氣筒打氣不能將塞子沖出。即使塞子能沖出,又是擔心在塞子沖出的同時,由于反沖可能會將瓶推倒,轉移了學生的注意力,甚至會損壞儀器,給學生造成不好的印象。塞子塞得太松,當塞子跳起來時,瓶內空氣對塞子做功太少,空氣的溫度降低不多,難以觀察到容器中或容器口出現了霧。

筆者在用注射器做“氣體很容易被壓縮”的實驗時,發現注射器筒內氣壓的大小能夠自由控制。從中得到啟示,對“空氣推動塞子時內能減小”的實驗進行了改進。改進后,實驗現象非常明顯,每一個同學都能非常清楚地看到。實驗現象持續時間長,并且非常有趣。教師非常容易操作,成功率100%。

下面就是筆者對該實驗的改進方法和改進后的實驗方法。

取一支50ml的大注射器(不帶針頭),從燒杯中吸一些水到注射器筒內,讓水濕潤注射器筒壁。再將注射器筒內的水全部倒回燒杯中。然后吸入約50ml的空氣到注射筒內。用左手握注射器,給注射器筒壁上附著的水加熱一會兒,加快筒壁上水的蒸發,增大注射筒內空氣中水蒸氣的濃度。然后用左手拇指堵住注射器管口,將筒內空氣密閉,右手用力推推筒,將注射器筒內空氣壓縮到約20ml。讓注射器內空氣將拇指推開。在空氣膨脹將手指推開時,可以清楚地觀察到注射器管口冒出了梟梟“白煙”。實驗現象不僅清楚,而且持續時間長。在管口出現的霧就像從工廠的煙囪緩緩升起的白煙,再用右手將注射器筒內剩余的約20ml的空氣慢慢推出,隨著空氣的推出,管口也緩緩地升起“白煙”,給學生留下非常深刻的印象。據此現象,學生感知到了空氣推動手指做功時,溫度降低,從而自然而然得出“物體對外做功時,本身的內能減小”的結論。由感性認識上升為理性認識。由此引導學生列舉實際生活中物體對外做功,物體的內能減小的事例,課堂氣氛非常活躍。通過感官的刺激,活躍了學生的思維,激發了學生的學習興趣和求知欲。

用注射器做“空氣推動手指時內能減小”的實驗,也可以像課本用大口的厚玻璃瓶做“空氣推動塞子時內能減小”的實驗,那樣在注射器筒內裝少許水。但這樣做,沒有不裝水只是濕潤筒壁那樣便于控制實驗。因為裝了水減小了筒內空間,空氣的壓縮程度如果太大,松開左手拇指后可能會噴出水霧(并不是水蒸氣液化而成的小水珠)或水柱,而不是管口緩慢上飄的“白煙”,造成實驗失敗。

同時注射器筒內不裝水做實驗時也應該注意:右手用力壓縮至約20ml后,放松左手拇指的同時,右手應不再用力往上推。若是這樣,此時管口出現梟梟“白煙”,再用右手慢慢推推筒會從管口不斷吐出“白煙”。若不是這樣,管口也有“白煙”出現,但由于松開拇指后,右手再用力推推筒,空氣的快速流動沖散了“白煙”,使現象不那么明顯,且持續時間短。有的學生可能沒觀察到。如果出現這種情況,可以重做,直到滿意為止。

因為改進后的實驗又極易重復進行,且耗時短,所以筆者在教學實踐中使用改進后的實驗,效果非常好,若重復做二、三次效果更佳,課堂氣氛活躍,學生情緒高漲。

作者單位:山西省平陸縣西街中學