“液體的表面張力”實驗改進(jìn)與創(chuàng)新

孫德成

(山東省威海市文登區(qū)教育教學(xué)研究培訓(xùn)中心高中教研室，山東 威海 264400)

“液體的表面張力”是高中物理選修3-3第9章第2節(jié)“液體”中的第2模塊,是學(xué)生在掌握液體的微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對液體宏觀特性的進(jìn)一步探討,同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)本章下一節(jié)“浸潤和不浸潤”的重要基礎(chǔ),在本章中具有承上啟下的作用．

學(xué)生已經(jīng)具備了分子動理論的相關(guān)知識,初步了解了液體的微觀結(jié)構(gòu),并且具有一定的觀察分析能力、實驗探究能力以及總結(jié)歸納能力．不足之處是學(xué)生對液體表面層存在力的作用以及表面張力的產(chǎn)生原因和方向存在認(rèn)知困難．基于以上原因,筆者對教材的實驗進(jìn)行了改進(jìn),同時自創(chuàng)了新實驗．

1 對教材肥皂膜實驗的改進(jìn)

物理3-3課本第38頁有一個實驗(見圖1)．筆者在最初的授課過程中多次為學(xué)生演示過這個實驗,但課本這個肥皂膜實驗,實驗現(xiàn)象變化快速,可觀察性小,學(xué)生的感知程度較弱,不便于學(xué)生理解感知液體表面層存在力的作用．為了增加可見度,便于感知,筆者在進(jìn)行了多次嘗試之后,用銅絲和吸管將課本實驗進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計成如下兩種形式(見圖2)．

圖1

這兩個實驗裝置在制作的過程中要注意:銅絲一定要適當(dāng)粗,確保矩形和半圓形形狀規(guī)整,吸管要適當(dāng)粗,矩形中吸管上下兩個孔要適當(dāng)大一些,穿過矩形上下兩邊,確保運動過程中與銅絲摩擦力達(dá)到最小;半圓形中的吸管下端要比較松地固定在半圓的圓心,上端孔也要適當(dāng)大,確保吸管能自如地在半圓上繞圓心做圓周運動．

操作時,先配置一定濃度的肥皂液,把兩裝置中的吸管都放到裝置中央,水平浸入肥皂液中,水平拿起沾滿肥皂液的裝置慢慢豎直放置,可觀察到非常清楚的肥皂液薄膜,用手刺破左側(cè)肥皂液(見圖3),吸管會在右側(cè)肥皂液的表面張力作用下運動到裝置右側(cè)．

圖3

通過課堂實踐,學(xué)生反映這兩種裝置的實驗現(xiàn)象都非常明顯,容易感知表面張力的方向及作用效果.

2 自創(chuàng)新實驗

(1) 驗證液體種類不同,表面張力大小不同的自創(chuàng)小實驗．在保證教材內(nèi)容完整性的同時,筆者自制了演示實驗:小船運動(如圖4),讓學(xué)生更加直觀地感知不同液體表面張力不同,在所學(xué)知識基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸與拔高，目的在于增長學(xué)生的見識,豐富課堂．

該實驗的器材：盛有水的淺盤，塑料泡沫一小塊(充當(dāng)小船),一小塊肥皂,一根牙簽,一個用白紙剪的小三角形．把肥皂用穿有小三角形的牙簽固定在塑料泡沫下表面,輕輕放入淺盤的水中,有一部分肥皂會溶在水中,形成肥皂水．由于肥皂水與水的表面張力大小不同,小船在水平方向受力不平衡(如圖5)而運動起來,從而證明不同液體的表面張力大小不同．

圖4

圖5

(2) 為了讓學(xué)生理解表面張力的方向,筆者設(shè)計了演示實驗:篩網(wǎng)盛水(將用篩網(wǎng)封口的裝水塑料瓶倒立,水不流出),并借助簡圖模擬篩網(wǎng)形狀(如圖6),引導(dǎo)學(xué)生畫出篩網(wǎng)處水的受力分析圖,從而確定出表面張力的方向．該裝置設(shè)計時要注意篩網(wǎng)的孔要小一些,瓶內(nèi)的水不易太多．

圖6

物理實驗生動形象、形式多樣、直觀明了，又蘊藏非常豐富的知識內(nèi)涵,是物理教學(xué)中必不可少的重要內(nèi)容,也是重要的教學(xué)手段．因此,教師在平日的教學(xué)過程中,要動腦設(shè)計各類實驗,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,讓學(xué)生在參與各類實驗過程中掌握知識、運用知識．