物理教學中對比性實驗的運用

趙興彥

實驗是物理學研究的基本方法之一。近幾年我常在物理教學中,有目的地安排設計一些對比性的實驗,幫助學生形成正確的物理概念,掌握物理規律,突破難點,消除疑點,收到了較好的教學效果。

一、運用對比性實驗幫助學生形成正確的物理概念

有些物理概念比較抽象學生難于理解,設計對比性實驗,邊引導邊實驗邊分析,抽象出事物的本質特征,幫助學生形成概念,完成認識上的飛躍。例如,大氣壓強這一概念,對初中學生來說是比較抽象的,教學中我設計兩個對比性實驗,每做一個實驗,都引導學生觀察現象,思考問題,分析問題,步步深入。講課開始,教師做“水杯--厚紙片”演示實驗,讓學生思考,放開手后,厚紙片會不會掉下來?當學生看到厚紙片不會掉下來這個意想不到的現象時,無不感到新奇有趣。這時,教師因勢利導提出:“上述實驗中厚紙片受到哪些向下的作用?為什么厚紙片不會掉下來?”學生很自然領會到厚紙片不會掉下來一定受到一個向上的壓力作用,這個壓力只能是大氣產生的,由此可見,大氣對厚紙片產生了壓強。

進而向學生提出:“課本上要求做這個實驗時,杯里要裝滿水,若杯里只盛少量水,甚至不裝水,這個實驗能不能成功?”為了開闊學生的思路,又進一步提出若用小刀片把厚紙片與杯的接觸處撬開一個小口子,將會出現什么現象?然后再做實驗加以驗證。實驗結果與分析、推理的一致性,加深了學生對大氣壓強的認識,同時也培養了學生的思維能力。接著進行“馬德堡半球”實驗,證明大氣對任何方向都有壓強,而且大氣壓強可以產生很大的力。從而使學生對大氣壓的理解具體而鮮明。

二、用對比性實驗糾正學生的錯誤概念

為了糾正學生在生活經驗中形成的錯誤觀念,建立正確概念,恰當地運用對比性實驗也能收到較好的教學效果。例如關于“自由落體運動”的教學,我針對學生認為質量大的物體下落得快,質量小的物體下落得慢的錯誤認識,設計了以下的對比性實驗。先從相同高度處同時釋放一個小鐵球和一張紙片,結果小球下落得快。不少學生錯誤地認為小鐵球質量大,下落快,因而得出下落加速度由其質量決定的錯誤結論。此時教師不要急于糾正學生的錯誤,而是接著分別演示:①兩張相同的紙片,其中一張揉成一個小團,再從同樣高度同時釋放,結果觀察到紙團下落快。②將一張質量較小的小紙片揉成一團與一張質量較大的紙片,同時從同樣高度開始下落,可觀察到質量小的紙團反而下落得快。當學生弄清紙片之所以比紙團下落得慢是因為空氣阻力對紙片影響大以后,進而提出:“如果沒有空氣阻力的影響,將會出現什么現象”,讓學生思考。然后再過渡到解決問題的對比性實驗:“錢毛管”實驗。先觀察抽成真空的“錢毛管”中的金屬片、小羽毛、小軟木塞在沒有空氣阻力時,下落加速度都相同。接著打開“錢毛管”上的開關,讓空氣進入“錢毛管”里,再把“錢毛管”倒立起來,這時可以看到這些物體下落的快慢是不同的,前后兩次實驗的對比分析,突出了阻力對下落快慢的影響,形成了“重力加速度g與質量無關”的正確概念。

三、運用對比性實驗導出物理規律

對于學生易于形成片面認識的物理規律,設計針對性強的對比性實驗,可以幫助學生完成認識上的飛躍,例如,初中學生對“二力平衡”條件覺得很簡單,似乎沒有什么困難,但又往往形成片面的認識。在課堂教學中,我從日常生活中吊在電線上的電燈,放在桌子上的書籍等物體保持靜止狀態等實例引發,進而做“二力平衡的條件”的演示實驗(課本中安排的),讓學生仔細觀察并讀出小車保持靜止時兩邊吊盤里砝碼的重力,并向學生提出探索性問題:“二力在什么條件下才會平衡?”學生往往得出片面的結論:“二力平衡條件是二力的大小相等,方向相反。”這時引導學生再仔細觀察如下兩個有針對性的對比實驗。①兩個力大小相等,方向相反,分別作用在兩個物體上(即用兩個小車拼合在一起代替原來的小車實驗);②兩力大小相等,方向相反,作用在同一個物體(小車)上,但兩力的作用線不在同一條直線上。通過這兩個實驗,學生自己否定了原先的片面論斷,從而得出科學的結論:“作用在一個物體上的兩個力,如果在同一條直線上,大小相等,方向相反,這兩個力就平衡。”

四、運用對比性實驗理解物理現象的本質

在浮力一課的教學中,為了揭示浮力產生的原因是水中的向上和向下的壓強差對物體造成的壓力差,我設計了如下浮力消失和產生的對比實驗,把一塊蠟塊的底面緊壓在平底的玻璃器皿的底面,使之緊密接觸,然后緩慢地注水于容器中,使整個蠟塊都浸沒在水中,蠟塊并不浮起。如果將蠟塊與器皿底接觸處推開一道小縫,讓水浸入,蠟塊則很快就浮起來。通過對比,學生對浮力產生的本質原因的理解就具體而深刻了。