在開(kāi)放場(chǎng)合下進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索

居智勇

(天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 天津 300074)

人類對(duì)自然現(xiàn)象的認(rèn)知是建立在大量的感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的，同樣，學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的認(rèn)知也要以感性認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ).但在中學(xué)物理教學(xué)中，由于受設(shè)備、場(chǎng)地的限制，很多規(guī)律的教學(xué)只能基于理性推理、分析演繹，使得學(xué)生缺乏實(shí)踐體驗(yàn)，物理課堂缺乏學(xué)科活力.為了擺脫這種狀況，我們實(shí)施了一種不拘泥于課堂教學(xué)的措施，把教學(xué)拓展到開(kāi)放場(chǎng)合，下面以5個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷為例，介紹對(duì)開(kāi)放場(chǎng)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)發(fā).

案例1：聲音的干涉

儀器：筆記本電腦1臺(tái),音箱2個(gè)(規(guī)格相同),聲音發(fā)生軟件,電源等輔助設(shè)備,如圖1所示.

圖1 聲音干涉實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)原理：用聲音發(fā)生軟件獲得頻率約200～400 Hz的簡(jiǎn)諧聲波，將兩個(gè)音箱間隔2 m放置并發(fā)聲，在音箱周圍便可獲得聲波干涉的音場(chǎng).

教學(xué)建議：在空曠的操場(chǎng)上調(diào)試好設(shè)備，營(yíng)造出簡(jiǎn)諧聲波干涉場(chǎng).先讓學(xué)生在音箱前走過(guò)，體會(huì)聲音強(qiáng)弱間隔變化的情況.再讓男同學(xué)尋找聲音最強(qiáng)的地方，分散站好，女同學(xué)尋找聲音最弱的地方，分散站好.最后，請(qǐng)學(xué)生輪流到主席臺(tái)(高臺(tái))上觀察同學(xué)站成的隊(duì)形,如圖2所示.在此感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，教師再給出波的干涉的理論知識(shí).

圖2 聲音干涉實(shí)驗(yàn)情景

案例2：搖繩發(fā)電

儀器：40 m長(zhǎng)的單股電線,靈敏電流計(jì),如圖3所示.

圖3 搖繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)原理：使長(zhǎng)十幾米的電線切割地磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，用靈敏電流計(jì)測(cè)量感應(yīng)電流.由于磁感線沿南北方向，所以，電線沿東西方向時(shí)的感應(yīng)電流要明顯大于沿南北方向的.

圖4 搖繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)情景

教學(xué)建議：將電線兩端接到電流計(jì)的兩個(gè)接線柱上，請(qǐng)兩位學(xué)生分別抓住電線中部長(zhǎng)約十幾米部分的兩端，將電線搖起來(lái)，其他學(xué)生觀察電流表示數(shù)，如圖4所示.學(xué)生分別沿東西、南北方向站立搖繩，可觀察到強(qiáng)度不同的電流，從而驗(yàn)證地磁場(chǎng)的方向.

案例3：多普勒效應(yīng)

儀器：自制發(fā)聲器(蜂鳴器+干電池)，尼龍繩(供發(fā)聲器滑行的軌道線)，如圖5所示.

圖5 多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)原理：能發(fā)出固定頻率聲波的發(fā)聲器沿直軌道運(yùn)動(dòng)，在軌道旁的觀察者可以聽(tīng)到明顯的音調(diào)變化的現(xiàn)象.

教學(xué)建議：借助操場(chǎng)上的單杠、雙杠等固定物將尼龍繩沿水平方向固定在1.5 m左右的高度上.教師將發(fā)聲器沿軌道推出，由于慣性，發(fā)聲器由軌道的一端運(yùn)動(dòng)到另一端，讓學(xué)生站在尼龍繩的兩旁認(rèn)真聽(tīng)，總結(jié)發(fā)聲器在經(jīng)過(guò)自己身邊時(shí)的現(xiàn)象,如圖6所示.

圖6 多普勒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)情景

案例4：斷電自感

儀器：自感線圈(電感系數(shù)約1 H)，干電池1節(jié),如圖7所示.

圖7 斷電自感實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)原理：用1節(jié)干電池給線圈供電，當(dāng)電路斷開(kāi)時(shí)，線圈會(huì)產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，保持電流不變，此時(shí),串聯(lián)在線圈兩端的所有人都會(huì)有被電擊的感覺(jué).

教學(xué)建議：組織十幾位學(xué)生手拉手站成一圈，在一處留出缺口，讓缺口處的兩人同時(shí)接觸干電池的兩極，問(wèn)大家有沒(méi)有被電的感覺(jué)(不會(huì)有任何感覺(jué)).再讓缺口處的兩人分別抓住線圈的兩端，問(wèn)大家有什么感覺(jué)(不會(huì)有任何感覺(jué)).把線圈的兩端分別連到干電池的兩極上，讓缺口處的兩人，分別握住電池兩極,當(dāng)然也是線圈的兩端(此時(shí)還是沒(méi)有感覺(jué))，再斷開(kāi)電源，此時(shí)，手拉手的學(xué)生與線圈構(gòu)成閉合回路，十幾位學(xué)生就會(huì)同時(shí)被電擊，如圖8所示.在此感性認(rèn)知的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)電感的理論知識(shí).

圖8 斷電自感實(shí)驗(yàn)情景

案例5：泊松亮斑

儀器：激光發(fā)生器，硬幣(直徑2～3 cm)，光屏,如圖9(a)、(b)所示.

圖9 泊松亮斑實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)原理：激光束經(jīng)過(guò)圓形硬幣時(shí)發(fā)生衍射，在硬幣陰影的中心疊加形成亮斑.

圖10 泊松亮斑

教學(xué)建議：此實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是,激光源、硬幣、光屏間的距離要足夠遠(yuǎn)，大約要在40 m以上.可以在教學(xué)樓中長(zhǎng)廊的一端高約2 m的地方固定激光發(fā)生器，使激光束沿水平方向射出，在走廊中部懸掛硬幣，走廊的另一端固定光屏，承接亮斑,如圖10所示.教師帶領(lǐng)學(xué)生沿著走廊從激光發(fā)生器一端邊走邊看邊講解，直到走廊的另一端.

開(kāi)放場(chǎng)合下的物理實(shí)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的開(kāi)發(fā)價(jià)值，不僅是由于其成本低，效果明顯，更重要的是對(duì)學(xué)生有很強(qiáng)的刺激性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，既營(yíng)造了探究氛圍，又把教學(xué)內(nèi)容從感性上得到普及.希望廣大物理教師共同努力，在這方面為物理教學(xué)做出新的貢獻(xiàn).