初中氣象物理教學的探討

李遠志

在初中物理中包含了很多氣象知識，特別是物態變化的知識，例如雪、霧、樹掛、冰雹等。在四季中，我們都能夠找到物態變化讓學生去解釋。然而氣象受到季節、時間、地點的要求，例如在南方見到冰雹就是挺難的。那么如何能夠不局限于四季和地點的變化，在課程中把氣象中的物理知識挪到課堂上與我們的學生分享呢？能不能在課堂中直觀、生動的將一些氣象現象的形成現場展示給我們的學生呢？

在講解物態變化這部分知識的時候，我們大家可以嘗試模擬“霜”和“冰花”。

物態變化這一部分的內容我們是在9月份的時候講授，這個季節湖南還比較熱，不太容易看到霜的形成，所以就嘗試把它挪到課堂里頭來。首先準備一個空的易拉罐，還有少量冰塊和鹽，緊接著把冰塊放入易拉罐，這時我們會看到易拉罐的側壁上有一層液態的小水珠，這就是一種物態變化——液化。然后我們往易拉罐里加入鹽（冰塊和鹽的比例是3比1），用筷子稍微攪拌一下，罐底就出現了一層白霜。等待時間長一點，白霜的效果會更明顯。

這個實驗除了使用冰塊之外，也可以用給汽車降溫用的冷凝劑來代替。具體操作步驟如下：準備一張餐巾紙，將其濕透后放在桌子上，將噴霧狀的冷凝劑噴在紙上，這時汽化帶走大量熱量，溫度迅速降低，這張紙就結冰變硬了。這時我們用電子溫度計測量室溫為20度，再將觸頭接觸紙巾，顯示為零下13度。如果沒有數字溫度計怎么辦呢？其實也可以用實驗室一般的液體溫度計代替，效果也很明顯。怎么演示呢？我們拿出液體溫度計，量出室溫為20度，將冷凝劑對準溫度計進行噴射，溫度迅速下降到將近零下30度了，這其實就是利用蒸發吸熱，汽化吸熱的原理。我們可以引導學生通過凝固或者是溫度降低兩種現象來理解汽化吸熱。

現在我們來總結一下這幾個實驗。氣象變化是每個學生都很容易觀察和感受到的，然而在我們真正在課堂上學習這部分內容的時候，南方的同學容易受到地域的限制，很難看到霜的自然形成，而即使在北方，九月份和十月份的時候天氣也沒有那么冷，這種現象也只能通過學生的回憶來回想。這些實驗就是在環境溫度比較高的情況下去演示霜的形成。當學生看到在這么高的溫度下都能夠結冰、凝結成霜，都非常驚訝。

在第一個實驗里，在冰里面加上食鹽，冰開始融化，在融化時迅速從周圍環境中吸取了大量熱量，造成空氣中的水蒸氣在急劇遇冷的情況下形成霜。霜的形成屬于物態變化中的凝華，凝華的條件一定是溫度急劇降低。

在第二個實驗里，冷凝劑的特點就是非常容易汽化，所以冷凝劑噴在濕潤的紙巾上，紙就迅速結成冰了，汽化非常迅速帶走大量熱量，以至于讓濕紙巾結冰變硬了。

老師們如果條件允許也可以演示用這張紙巾切豆腐或者換成絲巾來切豆腐。這樣學生更震撼。這種在創造性的實驗中感受到的物態變化比直接用溫度計來演示更形象生動，學生印象也更深刻。其實，學生的感官體驗在教學中是非常重要的，只聽不如邊看邊聽，邊看邊聽不如邊看邊做邊聽，所以可以讓學生參與進來，達到更好的教學效果。

在講授物態變化時，我們還設計了一個實驗——走酒火。在民間，在沒有外傷的情況下，很多人利用“走酒火”來消腫，他們一般用的是白酒。在我們這個實驗中，則需要準備75度的酒精，稍微兌點水。將酒精點燃后，用手指蘸一點放在手心上，雙手不斷摩擦，還可以往酒精中加一點食鹽，火光變黃，顏色更明顯，學生的可視性就強了。按理說，火在皮膚上燃燒，會把皮膚燒傷，那為什么在“走酒火”的時候卻沒有燒傷呢？因為我們蘸的酒精是有酒也有水的，當溫度升高，在手和火之間的水膜汽化，而汽化過程帶走很多熱量。當剩余的熱量傳到手上，雖然感覺到比較熱，但沒有達到不能忍受的程度。當然，不管是老師演示還是讓學生嘗試的時候，不能蘸完酒精就不動了，因為水是很薄的一層，很容易就汽化完了，溫度就會升高了。這樣的實驗，學生是非常感興趣的，帶到課堂中去，學生一定會非常喜歡。

我們還可以從氣象的角度去講解做功改變內能這部分的內容。在物理課中這一部分的內容是理論分析比較強的內容，我們一般通過現象來講解。什么現象呢？瓶塞彈起，瓶口、瓶內有白霧。我們會問這個白霧是怎么形成的呢？然后告訴學生是內部的氣體在對塞子做功，氣體在對外做功的過程中溫度降低，使得周圍的水蒸氣遇冷液化形成小水滴，讓我們看到有白霧。這個過程對于理解能力比較弱的學生來說還是比較復雜的。

我們設計的這個實驗仍然借助數字溫度計，數字溫度計有一個探頭，非常靈敏，用手握住后溫度會迅速變化，所以測量的時候溫度反應快，我們就利用這個特性來做實驗。首先在大瓶塞的上面打一個孔，將探頭穿過瓶塞，伸到瓶子內部，讓它懸在里面，用臘把上面封好，讓它密閉。對瓶內打氣的時候對氣體做功，氣體的溫度升高，通過溫度計就能看出來。如果沒有溫度計，只是告訴學生對氣體做功，氣體的內能會增大，學生是看不見內能是怎么增大的。而在這個實驗中，對氣體做功，氣體的溫度會不斷升高，當氣體迸出塞子時，我們以前會說：“溫度降低，液化成水珠”，同樣學生也不知道溫度是怎么降低的，而利用這個裝置，學生能看到溫度從20度變成10多度了。效果非常明顯，學生再結合視覺看到白霧，就更加信服了。

其實物理教學的理論分析確實非常重要，然而十三四歲的孩子如何能夠在理論分析的基礎上配合自己直觀的觀察，他會更加信服。

我們使用的這種數字溫度計反應靈敏，測量準確，而且成本不高，才十多塊錢就能買到。利用這個裝置，我們可以直觀看到物體對外做功，內能減少，在瓶塞迅速打出去的過程中，能夠看到數字溫度計馬上從18、19攝氏度降到13攝氏度。當然，在教學中配合實物投影效果會更好。怎么讓白氣充盈得更多更明顯呢？里面放一些水，少量兌一些酒精，晃動瓶子，等內能減少、溫度降低時會更明顯。如果有些地區買不到數字溫度計或者大瓶子，也可以用礦泉水瓶來模擬。

我們也現場演示一下。首先拿出生活中最常見的礦泉水瓶，往里頭加一點水，然后雙手握住瓶子，分別向相反的方向擰動，對瓶蓋做功，來演示做功對物體溫度的改變。如果瓶蓋擰得太緊，可以用手指稍微推一下，瓶蓋迸出的同時，就會有白氣從瓶口出來。把瓶子壓縮得越緊，對瓶蓋做的功越多，消耗的內能多，效果越明顯。在做這項實驗的時候，還提醒大家要注意安全，不能對著燈，更不能對著人。

通過這幾個實驗，我們感受到物理與現實生活的聯系確實是非常緊密的。只要我們的老師多去發現、多去挖掘，是有源源不斷的素材被我們的課堂教學所應用的。

（作者單位：溆浦縣教師進修學校）