對初中物理幾個實驗改進的思考

王向紅

摘 要：在教學中物理實驗既是重要的教學內容，又是重要的教學方法，教師對探究“滑動摩擦力的大小與什么有關”實驗、探究“二力平衡條件”的實驗、驗證阿基米德原理實驗這三個實驗進行改進，發現改進后的實驗在某些方面更加完善。

關鍵詞：初中物理；實驗；改進

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2017）20-0078-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.20.047

物理學是以觀察和實驗為基礎的科學，在具體的教學過程中物理實驗既是重要的教學內容，又是重要的教學方法。下面談談我在多年的教學實踐中，對幾個實驗進行的改進和思考。

一、探究“滑動摩擦力的大小與什么有關”實驗

【實驗】在教育科學出版社八年級下冊第七章第五節摩擦力一節，實驗探究“滑動摩擦力的大小與什么有關”的實驗，是這樣的：在水平放置的長木板的兩個表面上分別做如下實驗。

1.使一個長方體木塊的不同側面與長木板表面接觸，如圖。緩緩地勻速拉動木塊，保持彈簧測力計的示數穩定，觀察并記錄彈簧測力計的示數。2.在木板上再疊放另一個木塊，重復上述操作，觀察并記錄彈簧測力計的示數。（如圖1）

【分析】木塊在水平方向受水平向右的拉力和水平向左的滑動摩擦力，因為木塊做勻速直線運動，根據二力平衡知識，水平向左的滑動摩擦力大小等于水平向右的拉力。又根據相互作用力相等的知識，水平向右的拉力大小等于彈簧測力計的示數，所以從彈簧測力計的示數就直接讀出了摩擦力的大小。

【評估】雖然緩慢運動可以看作勻速運動，但勻速直線運動很不好把握，所以導致實驗中彈簧測力計的示數是不穩定的，再者彈簧測力計一直在運動，這些原因導致不好讀數、產生很大的誤差。

【實驗改進】如圖2，將木塊放在水平放置的木板上，彈簧測力計一端固定，另一端拉著物體，水平向左移動木板，彈簧測力計示數大小即等于木塊所受滑動摩擦力。

【分析】木塊在水平方向受水平向左的滑動摩擦力和水平向右的拉力，木塊處于靜止狀態，根據二力平衡知識，這兩個力大小相等，所以從彈簧測力計的示數就直接讀出了滑動摩擦力的大小。

【評估】改進后的好處：因滑動摩擦力的大小只取決于木塊對木板的正壓力和接觸面的粗糙程度，與速度無關，所以木板不需要做勻速直線運動，容易操作；彈簧測力計靜止，示數穩定，方便讀數，誤差小。

二、探究“二力平衡條件” 的實驗

【實驗】物理教材八年級下冊第八章第二節《力的平衡》一節，“實驗探究：二力平衡的條件”：按圖3組裝實驗裝置。通過實驗，分析小車在水平方向上所受的兩個拉力的關系。

1.增減兩端鉤碼的數目，觀察小車在什么條件下保持靜止，在什么條件下不能保持靜止？

2.保持兩端鉤碼數相等，觀察拉力F1和F2是不是在一條直線上。把小車扭轉一個角度，使拉力F1和F2不在一條直線上，觀察小車的情況。

整理你的實驗結果，和同學們討論交流，看看二力平衡需要什么條件。

【分析】小車靜止時，在水平方向受向左的拉力F1和向右的拉力F2，拉力大小等于鉤碼的重力，兩側鉤碼一樣，所以F1和F2大小相等，即互為平衡的兩個力大小相等，方向相反；把小車扭轉一個角度，使拉力F1和F2不在一條直線上，小車不靜止，可以得出互為平衡的兩個力在同一條直線上。

【評估】此實驗容易操作，卻也存在一些問題。1.這個實驗不能探究互為平衡的兩個力必須作用在同一個物體上；2.把小車扭轉一個角度，使拉力F1和F2不在一條直線上，觀察小車不靜止，這個現象只有前排學生能看到，后面學生看不到。

【實驗改進】將小車換成硬紙片，如圖4所示，做一個展板，在展板上釘兩個鐵釘，鐵釘上套兩個鐵圈，再按上述實驗步驟進行實驗。將紙片剪斷，F1和F2不作用在同一個物體上，觀察剪斷后的紙片是否靜止。

【分析】改進后將紙片剪斷，F1和F2不作用在同一個物體上，紙片不再靜止，說明互為平衡的兩個力必須作用在同一物體上。

【評估】改進后，將小車換成紙片剪斷，可以探究互為平衡的兩個力必須作用在同一個物體上；改進后，改變了觀察的角度，坐在教室各個位置的學生都能看到實驗結果。

三、驗證阿基米德原理實驗

【實驗】物理課本八年級下冊第九章第三節，如圖5，先在空氣中測量出石塊所受重力的大小，再把石塊浸沒在水中，讀取彈簧測力計的示數，計算出石塊受到的浮力。

然后，測量出被石塊從小桶排到另一小桶中水的質量，你有什么發現？

【分析】實驗中，測量被石塊排出的水的質量，應先測出空燒杯的質量m杯，再測出有水的燒杯的質量m，則排出的水的質量m排水=m-m杯，排出的水的重力G排水=m排水g，最后得出F浮=G排水。

【評估】此實驗操作過程中，誤差較小，但過程較繁瑣，需兩次測量質量，即空杯的質量m杯和裝有水的杯的質量m，還要計算出其重力G杯、G排水。

【實驗改進】用重力可以忽略不計（自重小于實驗室所用彈簧測力計的感量）的不漏水的保鮮袋代替小桶，套在小桶中或小燒杯中，去接溢出的水，然后直接測量已接水的保鮮袋的重力，即排出的水重G排水，即可得出F浮=G排水。

【分析】保鮮袋的質量忽略不計，則裝水的保鮮袋的重力，即是排出的水重G排水，便可得出F浮=G排水。

【評估】這一設計符合物理學中忽略次要因素、突出主要因素、建立理想模型的思想。只有一步，簡單易操作。

參考文獻：

[1] 孫豐富，朱召友.探究影響滑動摩擦力大小因素的實驗改進[J].物理教師，2014（6）.

[2] 王兵.二力平衡實驗改進后的思考[J].物理教學，2011（2）.