概念的理解、規律的應用亦在演示實驗

胡帥

高中階段很多概念比較抽象，理解起來令學生晦澀難懂。用演示實驗理解物理基本概念，既培養學生的動手能力，加深對概念的理解，又豐富課堂教學，啟迪學生思維，陶冶學生情操，發揮學生的主觀能動性。規律的發現往往是通過實驗得出的，但是用實驗理解、應用規律更直觀有效。現列舉幾例說一下自制演示實驗，加深理解抽象的概念和規律。

1 矢量演示尺

矢量、矢量的運算是高一學生很難接受的新概念，關于合力與分力的計算更難分析。矢量演示尺是用來研究當分力的大小不變時，合力隨兩分力夾角的變化而變化的一種儀器，它做法簡單，演示直觀，有利于矢量的概念及矢量的運算定則的掌握。

【儀器】木工用完的三合板木條寬4 cm、長60 cm的兩根，長40 cm的兩根，寬4 cm、長90 cm的一根，一字螺絲4個（半徑大約為2 mm，長為2 cm）。

【做法】將其中最長的一根90 cm的木條在中間挖透一寬約1 cm左右的溝槽，槽的長度大約為75 cm，然后將一長60 cm和一長為40 cm的木條分別作為兩分力，90 cm的木條為合力，將它們的一端用螺絲進行軸固定，40 cm木條的另一端與第二條60 cm的一端固定；60 cm的木條的另一端與第二條40 cm的一端固定，第二條40 cm與60 cm的另一端與長木條固定在槽里，即做成一個長60 cm，寬40 cm的長方形，90 cm長木條作為對角線出現。這樣就構成一個對角線能沿槽移動可變的平行四邊形。

【作用】可以幫助理解矢量的概念和運算法則，當兩分力大小一定時，合力隨夾角的增大而減小。這樣變抽象概念為演示實驗，收到良好的效果。

2 完全失重演示儀

完全失重，對于高一學生來說總是認為不受重力，無妨動一下腦筋，做一個簡單的演示實驗幫助學生理解。上課前布置學生每人找一只廢舊透明的飲料瓶子，在側壁的中下部豎直地打兩個小孔，再用另一容器準備一些水。上課后師生共同實驗：1）將帶孔的塑料瓶子裝滿水，用手堵住小孔，蓋緊蓋子待用；2）靜止不動時，松開堵住小孔的手指，觀察到水流出；3）然后將帶水的塑料瓶子向上拋出或自由落體時，觀察到水不流出；4）解釋為什么會出現上述兩種現象（當塑料瓶子靜止時，水在重力的作用下向外噴出；而當塑料瓶子作豎直上拋或自由落體時水不流出，是因為水的重力提供加速度去了，這就叫完全失重現象，并不是重力消失了。從而更有利地理解了完全失重的概念）。

3 “水流星”演示儀

【作用】用來演示豎直平面上圓周運動的臨界條件。

【制作】用一個廣口冰牛奶瓶，螺旋口上固定一圈細鐵絲，關于瓶口圓心對稱地固定兩小圓環，用一根輕而不可伸長的細線通過兩圓環將瓶吊起即可。

【實驗】將瓶內裝上多半瓶水，讓其在豎直平面上做圓周運動，若速度較大時，則水不流出；若速度較小時，則水流出，從而總結出豎直平面上圓周運動的條件。

【效果】學生興趣濃厚，規律掌握牢固，應用熟練，印象深刻。

4 單擺演示儀

【作用】研究與單擺周期有關的因素。

【制作】用質量不等的兩個小球做成擺線等長的單擺，其中一個擺線上套上一個金屬圓環，金屬圓環上有一個手柄，一塊工業用強磁鐵。

【實驗】1）研究周期與質量的關系：讓兩個單擺從同一高度同時釋放，會發現兩個單擺同步，總結出單擺的周期與質量無關。2）研究單擺的周期與重力加速度的關系：利用一個單擺，讓其擺動起來，在其平衡位置下面放上強磁鐵，觀察擺球的擺動快慢會發現：擺球變慢，說明單擺的周期與重力加速度有關。3）研究單擺的周期與擺長的關系：將帶金屬環的單擺移到懸點處，讓單擺擺動起來，然后將金屬環緩慢向下移動，觀察擺球的擺動快慢會發現擺球變快，說明單擺的周期與擺長有關。以上的演示實驗加上學生的看書，能很快地掌握單擺的周期公式，起到事半功倍的功效。

5 熱學演示儀

【作用】用來演示當氣體絕熱膨脹氣體對外做功，內能減少的規律。

【器材】大可樂瓶一個，橡皮塞一個，玻璃管一個，橡皮管、打氣筒各一支，酒精少許。

【實驗】將少許酒精倒入可樂瓶內，用帶有玻璃管的橡皮塞塞緊，然后通過橡皮管與大氣筒相連；用力往瓶內打氣約20次左右；然后迅速拔掉橡皮塞，注意不要對著任何人。

【現象】可樂瓶內出現白霧狀，手感覺可樂瓶壁比較涼。

【解釋現象】打氣筒往瓶內打氣后，瓶內的大氣壓大于外界大氣壓，迅速拔掉橡膠塞后，瓶內氣體突然膨脹對外做功，內能減少，此時氣體來不及通過熱傳遞來改變氣體的內能。溫度降低，酒精蒸汽液化變成小液滴附著在內壁上，所以看起來呈現白霧狀；此時由于氣體與外界有溫度差，當手握住瓶子時從手上吸熱，所以手感覺可樂瓶壁比較涼。很好地驗證了熱力學第一定律，更有利于規律的掌握。

6 電阻大小的影響因素演示儀

探究“電阻大小的影響因素”的實驗是物理學中一個重要實驗。由于實驗器材有限，學生分組實驗不能做，只能演示實驗探究。實驗室中的演示器材用的是鎳鎘合金絲、錳銅絲等，導線較細不易觀察，而且導線還要接入電路中，線路比較亂，學生看起來也很亂。為此筆者制作一個教具——“電阻大小影響因素演示儀”，如圖1所示。

【試驗方法】觸點a-n中的任一個與電鍵A-B（實質上是一個單刀多擲開關）連接，電路就構成一個通路，同時小燈泡發光。因為接入的電阻絲不同，對應的電阻值不同，所以小燈泡的亮度不同。可以根據小燈泡的亮度來比較所接入的電阻的電阻值的大小。

如探究電阻與導體的橫截面積的關系，實驗操作是將電鍵A-B分別與a、b、c三個觸點連接，會看到依次接入a、b、c時的小燈泡的亮度依次由亮變暗。這說明導體的電阻隨橫截面積的減小而增大（因為其他因素是相同）。它的好處是操作簡便，現象明顯直觀，同時因觸點是可插拔的，又可滿足自主探究的要求，且不受其他因素干擾。如要進行定量的實驗，只需把電流表、電壓表在觸點處接入即可。

同樣方法電鍵連接c-f即可進行導體電阻與導體材料的關系的實驗；電鍵連接g-n并依次變化即可探究電阻大小與電阻絲長度的關系。從而可知影響導體電阻值大小的本身因素有導體的材料、長度和橫截面的大小。

以上實驗均由燈泡的亮度變化即可得出電阻值決定因素。實驗操作簡便，現象明顯直觀，不易被其他因素干擾。且各因素影響現象明顯。它很好地避免了在課堂教學中用幾根確定長度、橫截面積和材料的金屬絲和懸掛式的電教板作為器材連接電路時，既費時線路又亂的缺點。

此裝置還可以進行一些其他實驗及演示。當電鍵連接g-n并依次變化時，電阻絲連入的長度逐漸變長，此時小燈泡的亮度逐漸變暗，這一過程可以作為滑動變阻器的原理分析的演示。

各種情況下，觸點可插拔操作，方便簡單，小燈泡的亮度變化明顯，現象直觀，不易被其他因素干擾，是教師演示實驗的良好實驗用具。由于電阻絲的接入可插拔，所以也可用于學生的探究實驗。

這些隨堂的自制演示實驗做起來簡單，對抽象概念的理解直觀，規律的推導應用方便，不僅可以充分發揮教師的主導作用，而且也發揮了學生的主體作用，大大提高了學生的學習興趣，收獲頗大。

（作者單位：河北省遷安市趙店子高中）