小議物理實驗的改進

劉昌鳴

摘 要：本文闡述跳出改進實驗的俗套，創新物理實驗改進的途徑，從實驗思想、實驗方法、實驗目的去改進實驗.

關鍵詞：物理實驗；改進；實驗現象

物理是一門以觀察和實驗為主的學科，教師的“教”要得心應手，學生的“學”能心服口服，實驗是重要手段.在初中階段根據學生對實驗的好奇心、認知能力的特點，積極開展物理實驗教學，不僅能培養學生的信息收集和整理等基本技能，而且可以培養學生觀察能力、思維能力、動手能力.而實驗的不斷創新和改進，使教師的教學達到了事半功倍的效果.反之，教學乏力，學生厭學.縱觀初中物理的實驗，有的過于平凡，激發不出學生的興趣，如“乒乓球放入水里顯示其受浮力的實驗”；有的過于深奧，如“氣體對外做功，水蒸氣的內能減少的實驗”，這樣也不能調動學生的積極性，誘發不出學生的潛能.俗話說：“跳一跳能摘到桃子才好”.所以，實驗的改進與創新大有裨益.而現行有的實驗改進，不外乎從可視效果、方便操作、因陋就簡方面入手，這大大地束縛教師的手腳.實驗的思路不開闊，方法不對路，作品就上不了檔次，效果就不好.要改變這種局面，教師除了要加強學習，深入研究，更重要的是跳出改進實驗的俗套和樊籠，敢于叛精離道，才會產生創新的點子，制作出有新意的作品.

一、實驗思想的改進

全日制九年義務教育《物理課程標準》（2011年版）中課程基本理念關于驗證性、演示類和探究性實驗都作這樣的描述：關于實驗請你做出猜想，然后用已有的儀器或身邊的物品進行實驗，驗證（或否定）你的猜想.從實驗思想上改進入手，利用一些簡單器材，使實驗現象明顯，可視度大，甚至在實驗中產生良好的聽覺效果，學生才容易記住，增強對課本知識的理解.例如“探究重力勢能大小與哪些因素有關”的實驗，以下是“人教版”八年級物理教學中一些設計：

案例1 在一個透明的玻璃容器內裝上沙子，如圖1所示.實驗一：用一個鋼球先后從不同高度釋放，觀察鐵球落在沙子中的深度（圖1甲）；實驗二：用大小相同質量不等的鋼球、玻璃球從同一高度釋放，觀察兩球落在沙子中的深度（圖1乙）.

現象 在實驗一中，鋼球的釋放高度越大，落在沙子中的深度越大；在實驗二中，質量大的鋼球落在沙子中的深度大.

結論 重力勢能跟物體的質量和高度都有關系，且物體的質量越大，高度越大，重力勢能就越大.

事實 曾用細沙子、面粉都做了此實驗，結果都不理想.原因是這兩種物品的阻力大，鋼球掉在沙子、面粉里的較淺，學生無法從正面和側面看到，教師只能從上面俯視才可比較.由于整個教室里面的學生根本看不到，實驗的可視度就差，加上面粉還會濺出，污染環境，故此實驗的效果要打上大大的折扣；于是有人進行如下兩種的改進：

改進（一）如圖2所示

（1）重力勢能的大小無法直接觀察到，所以采用轉換法，通過觀察方桌陷入沙中的深淺來判斷重力勢能的大小；

（2）由實驗可知，圖2甲、乙中物體的質量相同，但是從不同高度落下，結論：物體的質量相同時，高度越大，具有重力勢能越大.

（3）由實驗可知，圖2乙、丙中物體的質量不同，但是從相同高度落下，結論：物體的高度相同時，質量越大，具有重力勢能越大.

問題 真正這樣去實驗，讓物塊砸中小方桌的正中難以控制.砸歪了方桌傾倒陷下去的深淺無法比較.即使砸中了有現象但不夠刺激，學生無法從聽覺和視覺同時感受到.

改進（二） 如圖3所示，用物塊砸插入沙子中相同深度的木樁.

（1）該實驗是通過比較木樁陷入沙中的深淺來判斷重力勢能的大小.

（2）由圖3實驗可知：物體的高度相同時，質量越大，具有重力勢能越大；物體的質量相同時，高度越大，具有重力勢能越大.

問題 小物塊砸中木樁比圖2砸方桌更難，此實驗原理的題目可用作學生練習或考試.

改進（三） 用雙球、雙軌道進行實驗.如圖4所示.

（1）用做功的大小判斷勢能大小代替用破壞力大小判定重力勢能大小.

（2）學生可觀察到質量不同的兩個小球從同一高度同時下滾，碰撞相同木塊，移動的距離不同.

（3）學生可觀察到質量相同的兩個小球從不同高度同時下滾，碰撞相同木塊，移動的距離不同.

問題 前面探究動能的大小也是這樣做，只不過是單軌而已，重復后對學生的吸引力差了，激發不出學生的興趣，實驗還要涉及做功和能量轉化的知識.

改進（四） 由于課本對能量是這樣說：“一個物體能夠做功，我們就說它具有能量.” 而對功是這樣描述：“物體在力的作用下，沿力的方向上通過了一段距離，這力就對物體做了功.”所以，從物體下落時的破壞力來判斷它的勢能大小.如圖5所示，是對上述實驗的改進.

取兩個透明的塑料桶，用橡皮筋把白紙扎緊桶口.（1）將體積相同、質量不等的塑料球和鐵球分別從同一高度釋放，鐵球砸穿白紙掉入桶中產生“噗”和“嗵”的兩下響聲，塑料球落在塑料桶口的白紙上（圖5甲、乙）；（2）再將塑料球舉高些釋放，塑料球也可將白紙砸穿落入桶中并產生“噗”和“嘭”的聲音（圖5丙、丁）.

評估

該實驗裝置簡單，能直觀地顯示物體重力勢能與物體質量和高度有關.

實驗的現象明顯，可視度大，效果非常理想，學生反映非常強烈.

二、實驗方法的改進

管理學的二八定律告訴我們20%叫關鍵因素.做事情時把20%的關鍵點抓住了，也許你的工作就事半功倍.實驗方法既具有普遍性又具有特殊性，方法是技巧的樞紐和抓手.教師要打破思維定式，敢于質疑，不要盲從權威，跳出實驗設計的俗套.在注重提高實驗的安全性、可靠性的同時，從實驗方法上有所創新，極其簡單的方法，實驗的操作、過程和現象都很新穎，給學生啟發或啟迪，學生課后會模仿老師開展一些力所能及的實驗，大大的激發學生學習的興趣.如“密度與溫度的實驗”.物質的密度與溫度有關，大多數物質在溫度升高時，體積膨脹，密度變小；在溫度降低時，體積縮小，密度變大，即熱脹冷縮.為了揭示這一物理規律， “人教版”教材設計了這樣一個實驗：endprint

案例2 在室溫下吹鼓兩個氣球，分別把它們放在冰箱的冷藏室和爐火附近，過一會兒，你會發現什么現象？

筆者發現：把氣球放在爐火旁和冰箱冷藏室幾乎看不出什么變化，且不便于課堂演示.

改進（一） 有的教材是用“風的形成實驗箱”進行實驗方法的改進.實驗中用蠟燭作熱源，目的是形成溫差，讓空氣流動形成風.但實驗效果也不夠理想，而且有的學校沒有這一實驗儀器.

改進（二） （1）用一個大塑料瓶，如高橙、雪碧等去底去蓋，再在側壁用小刀挖一小洞.將一個小塑料瓶，如娃哈哈等去底，瓶口卡進側壁洞口，并用橡皮泥封嚴.以上材料也可用玻璃小瓶、如口服液瓶、眼藥瓶等代替（如圖6）.

（2）用上述裝置罩在燃燒的蠟燭上，瓶口正對著火苗，可清晰地看到火苗向一定方向飄動，如圖6所示.說明這時在瓶內外形成了溫差即形成了風.如果再在小瓶底口處點燃蚊香也可看到煙流向大瓶內.轉動大瓶，火苗也隨著改變飄動的方向.

評價 改進（二）比改進（一）好，但是可視度低些，學生興趣不大.

改進（三） 我自制“孔明燈”來改進此實驗（如圖7甲、乙所示），效果很好.具體操作如下：

酒精燈2盞，黑色塑料袋、打火機、訂書機各1個，實驗時先在塑料袋口邊緣訂一圈訂書針（增加塑料袋的重量并降低重心），再將酒精燈點燃，手把塑料袋撐開罩在酒精燈上方，過一會兒塑料袋中的空氣變成熱空氣，松開雙手，塑料袋就會慢慢升起來.

三、實驗目的的改進

教育的目的是為了培養學生具備一定的思維和能力而終生受益；讀書的目的不是求異而是為了求同；實驗的目的是為了使學生理解物理原理與規律.在常規學習的基礎上，通過實驗目的的改進，來增強課堂實驗的趣味性，更加吸引學生的注意力，增強學生學習的動力和學習的積極性.

案例3 例在探究“流體流速與壓強”的關系時，教材設計了這樣幾個實驗：①硬幣跳高；②向兩平行放置的紙中間吹氣；③將乒乓球壓入漏斗內，用嘴向漏斗細口吹氣.

實際情況 實驗①肺活量不夠的人很難吹成功；實驗②學生不能理解兩平行的紙里外壓強的關系；實驗③由于漏斗嘴吹之前要消毒，課堂上不能重復實驗.

采用改進方法

（1）電吹風吹平衡杠桿一端流線體的實驗

操作方法 先將杠桿的中點支起來并調節使其在水平位置平衡（如圖8甲所示），然后在左邊掛上一機翼模型，然后在杠桿的右端適當的位置掛上幾個鉤碼，使杠桿重新在水平位置平衡.這時候，用電吹風對著機翼模型吹風，很快機翼模型向上升起，杠桿向掛鉤碼的那端傾斜（如圖8乙所示）.同樣，將機翼模型反轉過來（相當于汽車的導流板）掛在杠桿上，另一端掛鉤碼平衡后（如圖9甲所示）.用電吹風對著機翼模型吹風，很快機翼模型向下降，杠桿掛鉤碼的那端翹起（如圖9乙所示）.顯然，實驗揭示了“流體流速越大，壓強就越小”的規律，機翼產生向上的升力，汽車導流板產生向下的壓力.

創新之處 平衡杠桿的失衡顯示飛機的機翼和汽車的導流板氣流的作用下分別產生了升力和向下的壓力——實驗的趣味性增強；這套裝置結構簡單，很好操作.

（2）電吹風吹乒乓球的實驗

操作方法：先將電吹風的低檔風速打開，讓風口朝上，再將乒乓球小心翼翼的放在風口上面一些，直至乒乓球懸浮在風口上方（如圖10所示）.實驗表明“流體流速越大，壓強越小”.改進之處：這個實驗比“用嘴吹漏斗中的乒乓球”容易操作，可視度大，趣味性更強.學生回家后可重復演示并深入觀察和研究規律.

四、后記

初中物理教學中對實驗改進的原則：一是“直觀”.讓學生能從演示實驗中直接觀察到物理過程，認識物理現象本質，避免拐彎抹角；二是“明顯”.實驗現象、實驗過程要顯著；三是“簡單”.演示器材盡量少，結構盡量簡單，操作盡量簡便，不必過分追求儀器的精密、先進和結構的復雜；四是“可靠”.確保演示實驗一次成功.只要在物理教學中通過對實驗的不斷探究、改進和實踐，就能充分發揮實驗教學在物理教學中的重要作用，并能達到良好的教學效果.

參考文獻：

[1]教育部審定的義務教育教科書九年級《物理》全一冊[M].人民教育出版社， 2015，5.

[2]義務教育教科書的教師用書九年級《物理》全一冊[M].人民教育出版社， 2015，5.

[3]高善剛.高中物理實驗教學的改進策略[J].中學物理，2016（11）：10-11.endprint