微型實驗在高中物理教學中的應用

(廣東省普寧市城東中學,廣東 普寧 515300)

·實驗研究·

微型實驗在高中物理教學中的應用

林東檳

(廣東省普寧市城東中學,廣東 普寧 515300)

物理微型實驗不僅能將新奇而又有趣的物理現象清晰地呈現在學生面前，而且還有助于激發學生的學習興趣，調動學生學習的積極性，引導學生探索知識、研究問題。本文以高中物理教材中的微型實驗為例，探討其在實際教學中的應用策略。

高中物理；微型實驗；應用

高中物理課標明確凸現了物理實驗的地位，然而，從高考的反饋信息來看，高考實驗題的得分率仍然偏低，反映出實驗教學仍然是高中物理教學的薄弱環節。許多老師對實驗以講代做，以題代做，學生難以應對當今以考物理思想和動手能力為主的高考。因而在物理教學過程中，精心設計微型實驗，努力為學生展現直觀、生動、趣味的學習情境顯得尤為必要。

物理微型實驗是以盡可能簡單的器材，來獲取最有效的實驗信息。它具有器材簡易、操作方便、用時少、現象直觀的特點，它在物理教學過程中具有非常重要的意義和作用：(1) 通過微型實驗的完成，可激發學生學習物理知識的興趣，調動學生學習積極性。(2) 通過微型實驗的教學，進一步培養和加強學生的實驗技能，可培養學生觀察和動手能力，激發學生熱愛科學的熱情，樹立克服困難的信心和將科學服務于人類的意識。(3) 通過微型實驗的教學，可達到對物理知識的鞏固、復習和提高的作用。因此，微型實驗的實施過程就是對知識的再學習過程，并由此達到升華知識、提高能力的目的。既然微型實驗如此重要，那么在實際教學中又該如何用好微型實驗呢？

1 以微型實驗引入課題，激發興趣

良好的開端是成功的一半，巧妙設計實驗引入課題，可以起到渲染氣氛、吸引注意、激發興趣的作用。

實驗1:投飛鏢

圖1

在講述平拋運動這個內容前先做一個投飛鏢的微型實驗：在一塊軟紙板上畫幾個同心圓，做成靶子的形狀，如圖1所示，分別讓一個會投飛鏢的學生和一位不會投飛鏢的學生上講臺演示。在學生投擲飛鏢的過程中，教師引導學生仔細觀察兩位同學投擲飛鏢時的不同之處。在實驗結束之后，教師請這兩位同學交流投擲飛鏢的體會。會投飛鏢的學生講述經驗：瞄準時，飛鏢對準靶子中心的上面。此時教師提問：我們投飛鏢要投的目標是靶子中心，為什么瞄準時卻是瞄準靶子中心的上面？

很多會投飛鏢的同學也只是知道投飛鏢瞄準時要瞄準靶子的上面，對其中的道理并不清楚，這樣以微型實驗吸引學生眼球，并加以適當的提問，激發了學生的求知欲，課堂有了良好的開端，而對于不會投飛鏢的學生來說，在要學會投飛鏢的心理作用下，興趣盎然。在學生熱情高漲的氣氛中引入新課，又怎能不使課堂充滿生機和活力呢？

2 以微型實驗輔助講授，加深理解

課堂上的微型實驗有助于展示物理現象、展現物理過程、驗證理論和規律，加深學生對物理知識的理解。

2.1 展示物理現象

實驗2:做離心運動的盒子

用細繩拴著一個小盒子，使之在水平面內做圓周運動，突然松手，向心力消失，物體將沿切線方向飛出而做遠離圓心的運動。

離心運動的概念是：做圓周運動的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運動所需的向心力的情況下，就會做逐漸遠離圓心的運動，這種現象稱為離心運動。如果只是教師口述離心運動的概念，很多同學可能會覺得這個概念太抽象。配合上述的微型實驗講解離心運動，離心運動的現象一目了然，無需太多的講解，同學們就明白了。

實驗3:顯示拋體運動速度方向的飛鏢

取一根稍長的細桿，一端固定一枚鐵釘，另一端用羽毛或紙片做一個尾翼，這就做成了一個能夠顯示曲線運動速度方向的“飛鏢”，如圖2所示，在空曠地帶把飛鏢斜向上拋出，飛鏢在空中的指向就是它做曲線運動的速度方向。

圖2

圖3

曲線運動的速度方向是曲線運動這一節內容的教學重難點，通過這個微型實驗，實驗結果顯而易見，學生能輕松地理解曲線運動的速度方向。

2.2 展現物理過程

實驗4:運動的獨立性

如圖3所示，用小錘打擊彈性金屬片，球1沿水平方向飛出，同時球2被松開，做自由落體運動。改變小錘打擊金屬片的作用力，使球1沿水平方向飛出的初速度大小發生變化，重復上述實驗。雖然球1和球2兩球運動的軌跡不同，一個是曲線，另一個是直線，但不管球1水平拋出的初速度如何，兩球總是在同一時刻落到地上，這個微型實驗清晰地展示了合運動與分運動互相獨立的物理過程。

圖4

2.3 驗證物理理論和規律

實驗5:驗證機械能守恒

如圖4所示，一個用細線懸掛的小球從A點開始擺動。記住它向右能夠達到的最大高度。然后用一把尺子在P點擋住擺線,看看這種情況下小球所能達到的最大高度。實驗發現，無論用不用尺子擋住擺線，在連續的擺動中，小球能達到的最大高度是幾乎相同的。這說明在擺動過程中，若不考慮空氣阻力的影響，小球的機械能沒有減少，這個微型實驗也就定性地驗證了機械能守恒。

3 把微型實驗用于課外，拓寬學生視野

俗話說“百聞不如一見”，但“百見不如一做”。學生親自動手做實驗，對所學物理知識就能領會得更深，記得更牢，用得更活。學生生活在豐富多彩的物理世界中，有許多可供觀察的自然現象，有不少可供探索的物理問題。教材中也設置了眾多的“小實驗”“實踐與拓展”“做一做”，為學生課外活動提供了大量素材，而這些課外小實驗是物理教學的一種很有效的補充形式，能夠擴大學生視野，培養學生學習物理和技術的興趣，加強理論與實際的聯系。高中物理必修2中的“實踐與拓展”就設置了很多微型實驗供學生操作。

實驗6:水流星

用細繩系住一只小塑料桶，在桶里裝上半桶水，用力使水桶在豎直平面內做圓周運動，而水桶里的水不會甩出來。很多同學一開始做這個實驗難以成功，失敗后就會設法尋找原因，通過查資料、看書，終于自己搞清了物體在豎直平面上運動的條件。而教材上并沒有“物體在豎直平面上運動的條件”這個知識點，通過這個微型實驗學到了教材上沒有涉及的知識。

實驗7:研究拋射角和拋射初速度對射程產生的影響

用自制彈簧發射器發射小橡膠球，橡膠球做斜拋運動，研究拋射角和拋射初速度對射程產生的影響。通過研究可知在理想狀況下，拋點與落地點在同一水平面的情況下，投擲的最佳仰角為45°，此時射程最遠。如考慮人的身高，拋出點與落地點不在同一水平面上，此時投擲的最佳仰角比45°稍小。同學們還可以把這個實驗結論用到實際的投擲鉛球中。這是一個理論聯系實際的好例子，通過這個微型實驗，讓學生感受到物理是跟日常生活密切相關的，激發了學生學習物理的興趣。

4 把微型實驗用于習題，突破難點

解題中許多難點的形成，往往都是由于學生缺乏實際生活經驗，缺乏感性認識，不能在腦海中建立清晰的物理圖像，造成分析、判斷錯誤。在教學中如果將實驗引進到習題課中，可提高習題教學的效率。

圖5

如在研究力是否做功時，有這樣一道題：如圖5所示，以輕繩OA和AB連接著兩小球A和B，O端固定在天花板上，把兩球由圖5所示位置同時從靜止釋放，繩開始時拉直，在兩球向左下擺動過程中，AB繩對A球是否做功？這時有的同學認為在擺動過程中，A、B兩球的角速度相同，所以AB繩對A球沒有做功；有的同學認為A、B兩球的角速度不相同，所以AB繩對A球做功。正當學生爭論不休時，教師因勢利導，用兩小球按照圖5做演示實驗，以做出驗證。

實驗8:讓學生觀察在擺動過程中A、B兩球的角速度是否相同

觀察后有些學生傻眼了，原來A、B兩球在擺動過程中的角速度不相同，也就是AB繩給A的作用力與A球的運動速度不垂直，即AB繩對A球做功。這樣使學生對抽象的問題有了較直觀的認識，消除了疑點，解決了問題，加深了理解和記憶，以后遇到這種題型，不會再認為AB繩對A、B球不做功，因認為A、B球在擺動的過程中機械能守恒，而盲目地套用結論了。

5 開發微型實驗，增強教學效果

由以上的分析得知，物理微型實驗能激發學生學習物理的濃厚興趣，培養學生的動手能力、思維能力，從實踐中科學地理解原理，總結規律，起到了事半功倍的效果。因此教師在實踐的教學過程中一定要重視微型實驗。筆者結合高中物理必修2的內容，提出關于微型實驗的建議，以便在教學中充分發揮物理微型實驗的作用。

實驗9:對物體做曲線運動的條件的實驗的改進

圖6

在高中物理必修2“實踐與拓展”中有個探究物體做曲線運動的條件的微型實驗。但在實際操作中發現這個實驗在水平桌面上進行，不便于學生觀察。為此，將實驗改進如下：裝置如圖6所示，圖中A為加適當配重的空心鐵球(密度約1.1×103kg/m3)，B為磁鐵，C為有機玻璃缸，D為標志線。演示時按事先確定的位置，將小球放入水中，讓其下沉，在側壁沒有放磁鐵時，小球沿標志線做直線運動。若側壁放上磁鐵時，小球就發生偏離，而做曲線運動。改進后實驗簡單易做，可見度高。

實驗10:曲線運動的方向

在高中物理必修2教材中對于曲線運動的方向的知識用幾幅彩圖來描述。其實可以通過生動的微型實驗來進行教學，下面幾個方案可供選擇。

方案1：利用自制的小陀螺轉動時飛濺的紅墨水徑跡顯示曲線運動的方向。

方案2：將一根線的中段拴死在鋁鍋蓋的中心圓鈕上，再將兩側的線并攏，按順時針(或者逆時針)方向在圓鈕上繞若干圈，然后使線的兩端分別從左右側引出。

實驗時，把鍋蓋放在桌面上，且使圓鈕與桌面接觸，再往鍋蓋內倒少量水。如圖7所示，用雙手拉線的兩端，對鍋蓋施加一個力偶的作用，使鍋蓋旋轉起來。隨著旋轉加速，鍋蓋上的水就從圓周拋出，灑在桌面上。從灑出的水跡可以看出，水滴是沿著鍋蓋圓周各點的切線方向飛出的。

圖7

可見，充分利用物理微型實驗，積極創設直觀、生動、有趣的學習環境，可以有效地培養學生學習物理的興趣，提高學生實驗動手和操作能力，充分挖掘學生的潛能，實現學生從被動學習到主動學習的轉變，實現學生從“學會”到“會學”的轉變，體現素質教育的精神。

[1] 于永建.談高中物理新教材中的小實驗教學[J].太原科技,2003,(3).

[2] 賀文毅.淺談小實驗在物理教學中的應用[J].雁北師范學院學報,2001,(6).