“充水玻璃管中氣泡的運動規律”實驗的改進

李正華

“充水玻璃管中氣泡的運動規律”是蘇科版物理教材八年級上冊《直線運動》中的一個學生實驗.此實驗是這節課的重中之重，可以這么說，這個實驗的成敗直接決定這節物理課的成敗.那么如何對這個實驗進行適當的改進，使其效果更明顯、直觀性更強、得到的數據更精確，本文結合教學實際談談筆者的實驗設計.

1關于實驗器材的改進

教材選用了一個兩端開口的，內徑約1 cm，長約60～100 cm的玻璃管.在玻璃管中注滿水，管內留一個小氣泡.用塞子將兩端管口塞住，然后將玻璃管翻轉后豎直（或傾斜）放置，觀察管內小氣泡的運動情況.學生可以清楚地看到氣泡運動的軌跡是一條直線，氣泡運動的速度是怎樣變化的.這里采用的方法是：測出小氣泡通過相等的路程（比如10 cm）所用的時間，然后利用公式v=s/t算出氣泡通過各段路程的速度，由此總結出氣泡的速度變化規律.實驗證明，由于水的粘滯度較小，所以管中氣泡的運動速度很快，再加上所用的玻璃管不是很長的話，會導致氣泡從玻璃管底端運動到頂端的時間較短，氣泡的運動情況很難觀察，這樣不利于學生感知勻速直線運動；另外，學生也來不及記錄數據；最后由于實驗誤差太大而導致實驗失敗.鑒于以上問題，筆者對實驗做了以下改進.

1.1玻璃管的選擇

在實際教學中，選擇一端開口的玻璃管，其內徑約1 cm、長為80 cm.為了便于對路程和時間進行讀數，在玻璃管的下端（離管底稍遠一點的地方）用紅色橡皮筋做標記作為零刻度，向上每隔10 cm用紅色橡皮筋各做一個標記，共有5個標記，這5個標記依次命名為：0位置、1位置、2位置、3位置、4位置.

1.2管內液體的選擇

往水中注入適量的洗衣液，讓水和洗衣液充分混合，以增加水的粘滯度，使玻璃管中氣泡的運動速度變慢，這樣學生就很容易觀察氣泡的運動情況，有利于感知勻速直線運動.因為玻璃管的內徑很小，所以將混合液注入玻璃管時要緩慢注入，防止混合液從管中溢出.注入完畢后將玻璃管外壁用干抹布擦拭干凈，防止手滑摔碎玻璃管，造成安全事故.

2關于實驗方案的改進

2.1合理分組、明確分工

學生分組實驗最容易形成渙散局面.最常見的情況就是有的人干，有的人不干，有的人坐在那兒看.如果教師管理不善的話還會形成亂哄哄的局面.“管而不死、活而不亂”的課堂形成也就是既能調動學生的積極性、主動性，又讓學生動腦動手，有條不紊地進行實驗，最大限度地減少“旁觀者”.合理分組、明確分工就至關重要了.根據筆者的經驗以及與一些優秀的前輩老師的交流，對實驗方案進行了改進：根據強弱組合、以強帶弱的原則，全班學生分成若干小組，每組6人.這6人充當的角色依次為指揮員、1號計時員、2號計時員、3號計時員、4號計時員與記錄員.指揮員的任務：將玻璃管翻轉后豎直（或傾斜）放置，并報數“0、1、2、3、4”；1號計時員的任務：聽到報“0”時按下秒表，聽到報“1”時停止計時，讀出示數；2號計時員的任務：聽到報“0”時按下秒表，聽到報“2”時停止計時，讀出示數；3號計時員的任務：聽到報“0”時按下秒表，聽到報“3”時停止計時，讀出示數；4號計時員的任務：聽到報“0”時按下秒表，聽到報“4”時停止計時，讀出示數；記錄員的任務：負責記錄四個計時員測出的時間.這樣明確分工、責任到人之后，實驗中紀律不亂，每個學生得到機會均等的練習，全員參與，學生積極性高，因此收到了良好的教學效果.

2.2進行實驗、收集數據

學生做實驗的時候，教師要注意巡視，全面觀察學生的操作情況，發現學生實驗操作中存在的困難和錯誤要及時指出和糾正.要告訴學生將實驗中觀察到的現象，測得的數據及時記錄下來，要教育學生記錄的原始數據不能隨意改動，以培養他們實事求是的科學態度.另外，做實驗之前，教師要提醒學生需要注意的細節問題.利用教室的多媒體投影時要注意以下幾點：

（1）為了減小測量誤差，一律以氣泡上端到達相應標記作為按表的時機.

（2）秒表測時間之前，讓管中氣泡運動幾次，對其運動快慢情況有一定了解，以便有的放矢地測量運動時間.

（3）多測幾組數據，選擇一組最佳的填入表格中.

3關于實驗數據的處理

如何處理這些實驗數據，不少基礎薄弱的學生犯了難，無從下手.本著啟發式教學的宗旨，對于這一環節，筆者是這樣改進的：先播放這個實驗的演示動畫（氣泡從玻璃管底部開始運動，當氣泡運動到0位置時計時開始，運動到1位置時，所用時間為T1；運動到2位置時，所用時間為T2；運動到3位置時，所用時間為T3；運動到4位置時，所用時間為T4），這樣可以重現一下整個實驗的過程，然后向學生提問.

師：為了研究問題的方便，我們把氣泡運動的路程等分成4個區間，氣泡通過各區間的時間分別為多少？

生1：氣泡通過0～10 cm區間所用時間為T1.

生2：氣泡通過10～20 cm區間所用時間為T2-T1.

生3：氣泡通過20～30 cm區間所用時間為T3-T2.

生4：氣泡通過30～40 cm區間所用時間為T4-T3.

師：如何計算氣泡通過各區間的速度？

生5：用各區間的路程除以氣泡通過各區間的時間，這樣就可以求得氣泡通過各區間的速度.

實驗數據處理完畢之后，教師要引導學生以路程s為縱坐標、時間t為橫坐標，在圖中畫出氣泡運動的s-t圖像.首先，根據表1中的數據，在平面直角坐標系中描出五個相應的點，再用一條光滑的線將這五個點連起來，這樣就形成了氣泡運動的路程-時間圖像.從圖像中我們可以看出，這近似是一條過原點的直線.由此學生可以歸納出氣泡的運動規律：氣泡向上運動一段路程后，通過的路程和所用的時間近似成正比，氣泡運動的速度可以看成是固定不變的，從而引入勻速直線運動的概念.

實驗的任何改進，都是進步.在新課程理念的指導下，教師要利用現代化的實驗教學設備， 轉變傳統的教學理念和教學方法，還要想方設法改進與創新物理實驗教學，提高實驗教學的質量.在實驗教學中，教師要努力激發學生的學習興趣，提高教學效率，全面提升學生的科學素養.誠然，隨著新課改的不斷深入，初中物理實驗教學必將會遇到越來越多的問題.教師要不斷地學習，不斷地研究，努力提高自身的專業素養，克服教學實踐中的盲目性和片面性，多花些精力在培養學生上面，定能在教學工作中取得豐碩的成果.