老發明新探究

周勇杰 吳利文

摘要：初三復習課沉悶、枯燥，學生存在著興趣不足、倦怠的情況。在復習課上我們應該留給學生更多的獨立思考的空間，讓學生學會自己獨立探索和認知，更多地去自己尋求問題的答案。對于物理復習課，可以挑選幾個物理發展史上的古老發明并進行加工，設計成一堂中考復習課，以增強知識性、內容教學的趣味性，在活躍的課堂氛圍中，既有所學，又有所獲，掌握了科學的思維方式，又培養了自己獨立思考問題的能力。

關鍵詞：老發明；新探究；伽利略空氣溫度計；伽利略液體溫度計；飲水鳥

一、 科學中考復習課中的困惑

反思過去的中考復習，或多或少存在著復習效率低下的現象，教師將所教內容按照先后順序壓縮后重新向學生灌輸一遍，然后是題海訓練；各個科目都在進行總復習，課內課外的訓練量都很大，都在擠時間，復習中留給學生自主思考、歸納、總結的時間太少等等。由于復習內容多、知識廣、時間緊，如何在有限的時間內，提高復習效率，讓學生輕松、自信地面對中考，取得理想的成績，是亟待我們解決的問題。

二、 科學中考高效復習的新嘗試

“2016寧波市初中科學考綱解讀會議”在我校舉行，借此東風，我嘗試了一堂題目為《老發明，新探究》的科學中考復習課。

引入新課：我將愛迪生在1897年10月發明的碳絲燈泡的仿制品帶到了課堂，并對它進行了一系列的探究：

1. 當磁體的磁極靠近正常工作的碳絲燈泡時，燈絲會發生怎樣的變化？

2. 如何使燈絲向反方向運動？

中考鏈接——2015寧波中考卷第19題：

1879年10月，經過對1600多種材料進行幾千次試驗后，愛迪生制成了第一個可供實用的碳絲燈泡（燈絲由竹絲炭化后制成）。

（1）如圖甲所示，當磁體的磁極靠近正常工作的碳絲燈泡時，燈絲上端被磁體吸引，這是因為通電后的燈絲在磁場里受到了的作用。（安培力）

（2）要從圖甲現象變為圖乙中燈絲上端被排斥的現象，可以改變方向。（磁極或電流）

（3）碳絲通電后產生高溫，在空氣中立即燒斷，這是因為（用化學反應方程式表示），所以碳絲燈泡必須抽成真空。

其實在科學的發展史上有許多類似碳絲燈泡一樣的有趣的古老發明，而這些發明中蘊藏著許多有趣的科學知識，課堂上我帶了幾組老發明，分別是伽利略空氣溫度計、伽利略液體溫度計、飲水鳥。并針對這三個老發明設計了相應的問題，讓學生一一探究。

1. 伽利略空氣溫度計

伽利略在1603年制作了空氣溫度計，其結構如圖所示：一個有細長頸的球形瓶倒插在盛滿紅色水的壺中，通過細管中的液面高度變化來顯示氣溫變化。

（1）當環境溫度升高時，伽利略空氣溫度計管中的液面將，因為。

（2）在使用時，伽利略發現：即便在溫度相同的不同天氣里，管中的水位也會發生變化，為什么？

（3）如果將玻璃球輕輕向上提但玻璃管下端不露出水面，管內液柱（填“變長”“變短”“不變”）；球內氣體體積（填“變大”“變小”“不變”）。

解析：（1）溫度升高時，伽利略空氣溫度計管中的液面將下降，設球內氣壓為p1、管內液體壓強為p2、大氣壓為p0，則p1+p2=p0。當環境溫度升高時，球內空氣受熱膨脹，壓強增大，而大氣壓不變，所以管內液體壓強減小，液面下降。

（2）因為該溫度計還受大氣壓大小的影響。（3）本題屬于“動態平衡遭破壞后再平衡的問題”，我們可以運用假設法進行分析：根據第1小題的分析：p1+p2=p0。將玻璃球輕輕向上提但玻璃管下端不露出水面：

a. 假設管內液柱不變，p2不變，由于玻璃球被輕輕上提，球內空氣體積變大，p1變小，p1+p2

b. 假設管內液柱變小，p2變小，由于玻璃球被輕輕上提，球內空氣體積變大，p1變小，p1+p2

所以，管內液柱變長，p2變大。因為p0不變，所以p1將變小，球內空氣體積變大。

中考鏈接——寧波市2016年科學提前招生第9題

伽利略是偉大的科學家，他的一生中有許多發明和發現。

（1）伽利略在1603年制作了空氣溫度計，其結構如圖所示：一個有細長頸的球形瓶倒插在盛滿紅色水的壺中，通過細管中的液面高度變化來顯示氣溫變化。如果將玻璃球輕輕向上提但玻璃管下端不露出水面，則下列說法正確的是（填序號）。

A. 玻璃細管內外的高度差不變，玻璃球內封閉氣體體積變大

B. 玻璃細管內外的高度差變大，玻璃球內封閉氣體體積變大

C. 壺底受到水的壓力變大

D. 壺底受到水的壓力變小

解析：A和B選項的解析如上所示，因為玻璃管內液柱變長，所以壺內液面下降，壺底受到水的壓力變小。所以答案為BD。

2. 伽利略液體溫度計

伽利略液體溫度計在溫度越低的時候，浮起的小球越多，溫度越高的時候，下沉的小球越多。根據以上信息，思考下列問題：

（1）為什么在外界溫度上升的時候，玻璃小球的狀態是下沉？

（2）顏色不同的玻璃球雖然體積一樣，但是其重力不一樣。根據分析，最上方玻璃球和最下面玻璃球對比，哪個的重力比較大？

解析：（1）當環境溫度升高的時候，透明液體在這種環境下會膨脹，液體的密度會減小，其浮力也會減小，若是重力比浮力大，那么其則會下沉。

（2）每一個彩色玻璃球的體積都是一樣的，其在透明液體中時，受到的浮力是一樣的，在外界溫度升高的時候，小球重力越大其則會最早下沉，所以，重力最大的玻璃球是最下面的。

中考鏈接——2015年溫州卷第32題

如圖是一種簡易溫度計，當外界溫度升高時，液體體積膨脹，引起液體密度變化，導致小球受到的浮力變化而運動，小球運動會引起懸掛于下端的鏈條長度發生變化，最終使小球重新懸浮液體的某一深度，指針指示溫度值。（小球體積變化可忽略）

（1）該溫度計的刻度值自下而上變。

（2）為使該溫度計更精確，請提出一條改進建議。

解析：（1）在外界溫度升高的時候，液體體積會膨脹，這會導致液體的密度比較小，小球受到的浮力也會比較小，那么其鏈條拉力也會變小，小球也會下降，最后小球進入到液體中去的深度也會更大，這個時候，溫度計刻度值也會變大，也就是從下而上指針所顯示的溫度值是變小的。（2）這種溫度計測量的時候，其原理是根據外界溫度對液體密度所產生的影響，從而導致小球的深度各不相同，然后對外界溫度進行判斷；所以，為了讓小球懸浮液體深度變化更加的明顯，可以將熱脹冷縮更加明顯的液體運用進去，或者在金屬鏈條選擇的時候，選擇更細的。

3. “不倦”的飲水鳥

這是我國比較古老的一種玩具。其神奇在于：看上去并不存在外來動力，卻能夠不停地點頭和喝水，其非常像永動機，即便是愛因斯坦看到的時候，也感到非常的驚訝。

在常溫的情況下，乙醚液體是非常容易揮發的，所以，液體上面的乙醚蒸氣非常多，在溫度比較低的時候，乙醚蒸氣是很容易液化的。鳥頭的附近有一層布非常容易吸水，在水蒸發的時候，吸收熱量會導致溫度降低。平時鳥的身體前傾，在需要啟動的時候，需要給鳥頭滴一些水。

“低頭”分析：

（1）隨著時間的推移，上球的乙醚液體逐漸（填“增多”“減少”“不變”，下同），下球的乙醚液體，導致飲水鳥的重心向頭部偏移，隨之出現了“飲水”現象。為什么乙醚液體會從下球推向上球？

解析：由于上球表面吸水布水分蒸發吸熱，導致上球內乙醚蒸氣遇冷液化，所以上球氣壓減小，乙醚液體逐漸增多，下球內氣壓將液柱壓向上球，重心上移飲水鳥出現“飲水”現象。

“抬頭”分析：

（2）當鳥嘴接觸液面時，上下球內乙醚蒸氣剛好通過玻璃管連通，上下球的氣壓，上球內的乙醚液體由于受到的作用倒流回下球。飲水鳥的重心再次下移，于是漸漸直立起來，回到初始狀態。

解析：在鳥的嘴接觸到液體表面的時候，上下球中的乙醚蒸氣通過玻璃管會連接在一起，這也導致了上下球中的氣壓是一樣的，由于受到重力的影響，上球中乙醚液體會倒流到下球中。飲水鳥的重心也會再次的下移，其也會慢慢地直立起來，然后回到之前狀態。

（3）思考：飲水鳥飲水頻率會受到水蒸發速度的影響，若是水蒸發的速度越快，那么其飲水速度也會越快，想要讓其更加勤快，那么應該選擇什么策略？

解析：可以加快飲水鳥周圍空氣的流動速度，也可以將飲水鳥放在室溫較高的環境中，將飲水鳥放在濕度較小的環境中，將水換成酒精等等。

（4）它真的是永動機嗎？

解析：它是實際上是利用空氣內能，并非永動機。

三、 《老發明，新探究》新嘗試的意義

在課堂中還可以穿插一些物理學史的內容，比如課堂中，介紹伽利略空氣溫度計和伽利略液體溫度計時就可以介紹溫度計是怎樣一步步完善到我們生活中使用的溫度計的。新課改以來，各種版本的新教材都不同程度地把物理學史編入到教材中。在進行教學的時候，有意識的選擇一些物理學史的講授，能夠幫助學生提高其科學素養，幫助學生了解科學的思想以及方法，努力提升自我修養和獨立自主的學習能力，樹立科學的邏輯思維，探索更多有趣、有意義的問題。

參考文獻：

[1]淺談物理學史在中學物理教學的作用.

[2]提高科學中考復習有效性的幾點做法[J].中學物理，2015（12）.

[3]挖掘物理發展史培養學生探究過程中的創新思維[J].中學物理，2009（10）：25-27.

作者簡介：周勇杰，浙江省寧波市，寧波市江北區新城外國語學校；

吳利文，浙江省寧波市，寧波市孔浦中學。