高一物理失重演示實驗的處理

胡海元

摘要： 物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗在物理教學中更是占有舉足輕重的地位。加強實驗教學，提高物理教學效率和開發學生創造能力，在加強素質教育的今天，顯得更加重要。創新是當今社會最珍視的品質，在新的高中課程改革的實踐教學中，作者不斷摸索、研究，同時，側重高一教材的分析，對原有的實驗手段大膽創新與拓展。在此就對高一物理新課程失重瓶實驗提出改進方案。

“物理學是以實驗為本的科學。”［１］這一精辟論述出自諾貝爾物理學獎獲獎者、理論物理學家楊振寧教授的一則題詞，它表達了物理學界的共同見解，抓住了物理學的根本特征。高一物理課程改革已經進入全面的實驗階段，我校物理組的教師從新課程教學理念出發，積極聯系實際，從課堂演示實驗入手開始探索，比較傳統教法和新教材的差距，在領會如何教的同時，努力從學生學習心理的角度想問題，不斷完善自己的教學手段。

1.案例背景

在高一物理新課程中，關于超重與失重的教學是改動較大的一處。以往的教法是從實驗現象入手，對物體進行受力分析，進而引出超重和失重的定義。新教材推翻了這種演繹式的教法，直接以感性的生活素材銜接學生，從體重計上的起立下蹲動作引起指針的擺動談起，突出了“生活中的物理，物理來自生活”的主題。在領會了這個主旨的前提下，我們開始了多次失重演示實驗的嘗試。

2.研究意圖

由于超重和失重現象比較抽象，因此實驗教學在這部分課堂處理上有相當重要的作用。在提出了失重概念以后，組織這堂課教學的關鍵，也就集中到如何選取和改進失重演示實驗這一點上，這將決定整個教學目標的實現。在眾多的失重演示實驗當中，又以完全失重實驗的演示為課堂教學的小高潮。

（1）壓力消失現象［2］

在一個平底吊盤上放一個重物m，把一薄紙條A的一端壓在重物m和吊盤之間，如上圖所示，紙條盡量窄且不很結實。當抽動一端時，紙條輕易地被拉斷。實驗時，一只手把紙條的另一端固定，另一只手提著盤的吊線B。先提著盤和重物慢慢下降，則紙條先被拉緊，接著就斷裂了。

這是因為紙條被重物壓著的一端存在靜摩擦力的作用。第二次換一張同樣的紙條，把紙條的一端壓在重物和盤之間，另一端固定，但是提吊線B的手突然放開，使盤和重物同時自由下落，可以看到紙條沒有被拉斷，完好如初。

這是因為自由下落過程中重物完全失重，不受盤的支持力，其反作用力——重物對盤的壓力也就消失了，使靜摩擦力不復存在。因此，可以從容地拉出紙條。

（2）失重瓶實驗

以前經常采取的一個經典實驗就是本文要進一步討論的失重瓶實驗。如果這個實驗能夠使學生印象深刻、躍躍欲試，并且可以使他們認識到理論聯系實際的重要性，那么就達到了最佳的教學效果。具體的實驗方案是將一個開口礦泉水瓶瓶底開一小孔，瓶中裝適量水，瓶子靜止不動時有水流出；當瓶子自由下落時，則沒有水流出，說明此時瓶內的水對瓶底沒有壓力，處于完全失重狀態。在實際教學中，這樣的實驗雖然很直觀形象，但是我發現這個演示實驗如果在此戛然而止，必然會對以后遇到的變化埋下隱患。原因在于實驗是在瓶子做自由落體運動下成功的，無形中會給學生這樣一個暗示：完全失重狀態必須在自由落體運動情況下才能出現，而遇到瓶子做豎直上拋運動時，情況會怎樣，學生往往會得出錯誤的結論。所以，針對以上的情況我嘗試了改進，實驗時干脆將各種運動情況都演示出來，并且用層層遞進的追問方式把這一問題圓滿解決了，收到了良好的教學效果。

3.教學過程

以下對有特色的部分片段進行簡單介紹。

師：前面我們總結了什么是超重，什么是失重。下面我們再來觀察一個小實驗，請大家找出這種現象是超重還是失重？

演示自由落體的失重瓶實驗。

師：下落前和下落過程中，你看到瓶內的水有沒有流出來？

生：下落前，水流了出來；下落過程中，水沒有流出來。

師：這是什么原因呢？（學生討論）

師生共同總結：水能流出，是由于水對瓶壁有壓力。當水和瓶一起做自由落體運動時，壓力消失了，這時，瓶中的水只受到重力作用。我們就把這種只受到重力作用的物體所處的狀態稱為完全失重狀態。

（板書完全失重狀態的運動情況：1.自由落體）

師：剛才瓶子是下落狀態，如果瓶子豎直上拋，會有水流出嗎？（引發討論，調動情緒）

演示豎直上拋的失重瓶實驗。

師：如何解釋這種現象呢？

生：說明瓶子在豎直上拋時還是處于完全失重狀態。

（板書：2.豎直上拋運動）

師：如果將瓶子改成斜拋，情況還和前面一樣嗎？

選擇一名同意情況一樣的學生到講臺上自己動手演示。

（板書：3.斜拋運動）

師生共同總結：可見，物體是否處于完全失重狀態，并不是決定于運動形式，而是決定于受力情況，只要是僅受重力（加著重號）作用下運動的物體都是處于完全重狀態。

（板書：完全失重的本質）

4.教學反思

其實新教材改革是給枯燥乏味的課堂說教增添趣味的探索，增加學生主動的學習機會，從而完成符合人的學習心理，易于被人接受的教學形式。［3］根據這樣的理念上的轉變，在物理教學中，注重實驗的改良和探索實驗過程的革新是相當重要的。所以，我在教學實踐中，尤其注意如何利用實驗、做好實驗、改良原有的實驗和積極反思做完實驗中的優缺點，逐步豐富和完善高中物理實驗教學在新教材改革中發揮的作用。上面的這個例子也正是在原有的傳統實驗的基礎上，稍加拓寬和提高，并且注意到了學生的接受能力和過渡手段，用追問的方式將單個實驗拓展成組合實驗，力爭做到由淺入深、步步為營，讓不同層次的學生都能參與到學習過程中去，得到不同的體驗。應該注意到類似這種實驗器材比較簡單和常見的實驗對學生是一種提醒和震撼——原來只要動腦，在我們身邊可以有各種各樣的從書本中走出來，聯系實際，聯系生活的有趣的實驗，并且是一般人都能完成的，從而獲得探究的成就感，滿足進一步探究的臺階式的心理體驗。

總之，開展物理創新教育，對課堂演示實驗進行優化，培養創新人才，是素質教育的要求，是當前課改的目的，是建立創新型國家的需要。

參考文獻：

［1］趙凱華，羅蔚茵.新概念物理教程（力學）.高等教育出版社，1986，2.

［2］實驗天地.失重現象演示四例.

［3］郭奕玲.對物理實驗的幾點看法.