如何讓不起眼的顆粒物為物理課堂錦上添花

劉志龍 劉小丹

摘?要：本文闡述利用生活中不起眼的顆粒物，包含固體顆粒物和液體顆粒物，來(lái)為物理課堂錦上添花，主要是以“灰塵、粉塵、霧塵”為例.本文將從聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)入手，講述如何通過(guò)顆粒物來(lái)使課堂教學(xué)效果更震撼，以及將抽象概念生動(dòng)形象化，使學(xué)生印象深刻.

關(guān)鍵詞：顆粒物;灰塵粉塵霧塵;課堂教學(xué)

文章編號(hào)：1008-4134（2019）18-0062中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

物理課堂教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)遇到一些很難講清楚的概念或者是很難對(duì)學(xué)生的感官產(chǎn)生震撼效果的知識(shí)點(diǎn)亦或者是學(xué)生很難感知，無(wú)法形成形象具體的知識(shí).這時(shí)就需要借助生活中不起眼的顆粒物為物理課堂錦上添花，以“灰塵、粉塵、霧塵”為鞭，讓課堂教學(xué)這匹馬一騎絕塵.下面將從聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)入手，講述如何通過(guò)顆粒物來(lái)使課堂教學(xué)效果更震撼，以及將抽象概念生動(dòng)形象化，使學(xué)生印象深刻.

1?利用“灰塵、粉塵、霧塵”為聲學(xué)錦上添花

1.1?探究“聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的”

在喇叭上放置一些碎紙屑（或面粉），當(dāng)音樂(lè)響起時(shí)，碎紙屑隨之跳動(dòng)（如圖1所示），從而說(shuō)明聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的;將敲響的音叉放入裝有水的燒杯中，可以看到水花四濺（如圖2所示），從而說(shuō)明聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的.上述兩個(gè)小實(shí)驗(yàn)都應(yīng)用了顆粒物碎紙屑和顆粒物小水珠來(lái)產(chǎn)生奇特效果，使聲學(xué)實(shí)驗(yàn)效果錦上添花.

1.2?探究“聲音的響度與振幅的關(guān)系”

在鼓面上放一些碎紙屑，用大小不同的力敲打鼓面，觀察紙屑跳動(dòng)的情況，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)敲打力度越大，碎紙屑振動(dòng)越明顯（如圖3所示），由此說(shuō)明振幅越大，響度越大.此實(shí)驗(yàn)中直接觀察鼓面的振動(dòng)，效果不明顯，而應(yīng)用顆粒物碎紙屑，使實(shí)驗(yàn)效果更震撼.

1.3?聲音可以傳遞能量

超聲波型加濕器是利用超聲波將水打散成細(xì)小的顆粒，再利用風(fēng)動(dòng)裝置，將這些小顆粒吹到空氣中，以改善室內(nèi)濕度的一種裝置（如圖4所示）.它說(shuō)明超聲波能夠傳遞能量.醫(yī)用超聲霧化器，其工作原理是將電能轉(zhuǎn)換成超聲薄板的高頻振動(dòng)，高頻振動(dòng)使藥液轉(zhuǎn)化成氣溶膠霧粒（如圖5所示）.它也說(shuō)明超聲波能夠傳遞能量.上述兩個(gè)常見(jiàn)生活應(yīng)用都利用了顆粒物的小水珠來(lái)產(chǎn)生奇特效果，使聲音可以傳遞能量更深入人心.

2?利用“灰塵、粉塵、霧塵”為光學(xué)錦上添花

2.1?光的直線傳播

在光的直線傳播這節(jié)內(nèi)容中，如何讓光的傳播路徑顯現(xiàn)出來(lái)是本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn).可以在教室里用煙霧機(jī)產(chǎn)生煙霧，然后用激光筆照射，光的路徑就很明顯地顯現(xiàn)出來(lái)了（如圖6所示）.如果沒(méi)有煙霧機(jī)也可以用粉筆灰來(lái)代替，把粉筆灰灑在空氣中，然后用激光筆照射，同樣會(huì)出現(xiàn)如圖6所示場(chǎng)景.或用花灑噴出水霧來(lái)顯現(xiàn)光路，還可以用玻璃瓶收集煙，然后用激光筆照射（如圖7所示）.這樣在教學(xué)中通過(guò)顆粒物呈現(xiàn)光路使學(xué)生對(duì)于光的直線傳播印象深刻.

2.2?大型水幕燈光秀

近來(lái)大型水幕燈光秀受到各大城市的歡迎，而水幕燈光秀設(shè)計(jì)的原理就是采用高壓水泵和特制的水幕發(fā)生器將水高速噴出，從而形成扇形的薄霧“銀幕”.當(dāng)激光照射在由許多小顆粒水珠組成的薄霧“銀幕”上時(shí)，發(fā)生漫反射，使各個(gè)方向的人們能觀賞到美麗的畫(huà)面（如圖8所示）.在物理課堂教學(xué)時(shí)可以向?qū)W生說(shuō)明為什么直接在空氣中畫(huà)面不能顯現(xiàn)出來(lái)而需要借助小顆粒水霧，讓學(xué)生更深層次地理解光的反射以及人眼看到物體的原理.

2.3?五彩繽紛的彩霞

俗話說(shuō)“朝霞不出門，晚霞行千里”.而晚霞的形成是由于空氣對(duì)光線的散射作用.當(dāng)太陽(yáng)光射入大氣層后，遇到大氣分子和懸浮在大氣中微粒，就會(huì)發(fā)生散射，這些大氣分子和微粒本身是不會(huì)發(fā)光的，但由于它們散射了太陽(yáng)光，使每一個(gè)大氣分子形成了一個(gè)散射光源，故人們就欣賞到如此美妙的場(chǎng)景，通過(guò)對(duì)晚霞成因的分析讓學(xué)生了解其中的奧秘（如圖9所示）.

2.4?自制“彩虹”

雨后彩虹被選為許多經(jīng)典神話故事的小插曲，必定有著她不一樣的美.而彩虹是因?yàn)殛?yáng)光射到空中接近球形的小水滴，造成折射及反射而成.而陽(yáng)光是一種復(fù)色光，由7種顏色的光組成，當(dāng)照射接近球形的小水滴時(shí)，不同顏色的光的折射程度不相同，從而把陽(yáng)光分解成7種不同顏色的光，通過(guò)小水滴的漫反射從而展現(xiàn)出來(lái).通過(guò)上述原理，只需要制造小顆粒水霧并借助陽(yáng)光的照射就可以形成彩虹.當(dāng)講解光的色散時(shí)，用單色光和白光（天氣好可借助陽(yáng)光）分別照射已經(jīng)噴灑的水霧（如圖10所示），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并分析原因.相信當(dāng)學(xué)生身臨其境時(shí)，更容易激發(fā)興趣，找出答案，提升科學(xué)素養(yǎng).

3?利用“灰塵、粉塵、霧塵”為熱學(xué)錦上添花

3.1?景區(qū)噴霧降溫

炎炎盛夏，各大景區(qū)通過(guò)噴霧來(lái)降溫.而人造霧降溫系統(tǒng)原理是利用散發(fā)到空氣中的水微粒，在汽化的過(guò)程中要吸收大量周圍環(huán)境中的熱量，蒸發(fā)冷卻從而降低周圍環(huán)境溫度.如圖11所示，在汽化吸熱教學(xué)過(guò)程中，從身邊的物理生活切入課堂教學(xué)，讓物理教學(xué)從生活中來(lái)再到生活中去，一來(lái)一去，讓學(xué)生明白為什么要把水霧化成小顆粒的水珠，從而提升降溫效果.還可以探究影響蒸發(fā)的因素，來(lái)探究噴霧降溫更適合室外還是室內(nèi)？使課堂知識(shí)豐富課外生活，提升學(xué)習(xí)興趣.

3.2?營(yíng)造舞臺(tái)效果

為了提升節(jié)目的藝術(shù)效果，舞臺(tái)往往會(huì)制造出如夢(mèng)幻般的仙境（如圖12所示）.而這仙境又是怎么得來(lái)的呢？舞臺(tái)上的“仙氣”就是我們平時(shí)所說(shuō)的霧（小顆粒水珠），通過(guò)小顆粒水珠營(yíng)造藝術(shù)效果.在此過(guò)程中干冰起了很重要的作用，干冰升華使周圍環(huán)境溫度下降，從而使空氣中的水蒸氣液化形成小水珠（如圖13所示）.通過(guò)觀察生活現(xiàn)象來(lái)分析事物的本質(zhì)，這是很重要的科學(xué)探索方法.在此方法的引導(dǎo)下，進(jìn)一步讓學(xué)生思考為什么不用噴霧機(jī)直接噴出水霧而是要通過(guò)干冰升華來(lái)制造霧？這時(shí)學(xué)生可能會(huì)聯(lián)想到水霧顆粒的大小，或是分布均勻問(wèn)題.這就讓學(xué)生從物理又走向生活，生生不息，知識(shí)永無(wú)止境.

3.3?人工造雪

人工造雪原理是來(lái)自高壓水泵的高壓水與來(lái)自空氣壓縮機(jī)的高壓空氣在雙進(jìn)口噴嘴處混合.利用自然蒸發(fā)和空氣出噴嘴后的體積膨脹帶走熱量而使霧滴凝結(jié)成冰晶.如圖14所示，此過(guò)程中液態(tài)的水直接凝華成固態(tài)的小顆粒冰晶，學(xué)生除了感受物理的奇妙之外，更會(huì)思考人造雪除了需要低溫條件還需要其他條件嗎？這與平時(shí)生活中的雪是一模一樣嗎？學(xué)生通過(guò)查閱資料或是親自實(shí)驗(yàn)來(lái)探索未知世界，這就使學(xué)生的思維視野得到進(jìn)一步拓寬，使課堂之上與課堂之外聯(lián)系更緊密，讓學(xué)生體驗(yàn)到物理的世界無(wú)處不在.

4?利用“灰塵、粉塵、霧塵”為力學(xué)錦上添花

4.1?灰塵讓摩擦力激情四溢

在摩擦力這節(jié)內(nèi)容中，學(xué)生對(duì)摩擦力的方向很難理解，這就需要結(jié)合生活中很震撼的現(xiàn)象讓學(xué)生時(shí)刻思考該問(wèn)題.當(dāng)汽車前進(jìn)時(shí)，地面上的灰塵隨之向后飛揚(yáng)（如圖15所示），對(duì)灰塵分析，灰塵受到了車輪給的向后的摩擦力，再根據(jù)力的作用是相互的，灰塵也給了汽車向前的作用力.再由此往更難理解的場(chǎng)景推進(jìn)，若地面不打滑，為柏油路面，那么路面對(duì)汽車的摩擦力方向又如何呢？學(xué)生會(huì)借助剛才的情景來(lái)分析，汽車給了地面一個(gè)向后的摩擦力，而地面給了汽車一個(gè)向前的摩擦力.這就為相關(guān)類似生活實(shí)例的理解打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，比如分析人走路時(shí)人受到摩擦力的方向.

在學(xué)習(xí)汽車轉(zhuǎn)彎由誰(shuí)來(lái)提供向心力時(shí)，學(xué)生也是很困惑.當(dāng)學(xué)生看到如圖16所示情況時(shí)，馬上就想到是由摩擦力來(lái)提供向心力，然后讓學(xué)生畫(huà)出汽車此時(shí)的受力示意圖（如圖17所示），進(jìn)一步加深學(xué)生的印象.這些都是通過(guò)一些微小顆粒物來(lái)呈現(xiàn)學(xué)生無(wú)法直接感知的事物，使學(xué)生對(duì)這些事物的感受更形象具體，提升課堂抽象概念的認(rèn)同感.

4.2?演示生活中慣性的應(yīng)用

當(dāng)用木棍敲打地毯（如圖18所示），地毯受到木棍給的力而運(yùn)動(dòng)，地毯上的灰塵由于慣性，繼續(xù)保持靜止，從而使地毯與灰塵分離，灰塵由于重力的作用會(huì)緩緩降落，地毯上灰塵越多，現(xiàn)象越明顯.

4.3?探究壓力的作用效果

利用砝碼、小桌、裝有細(xì)沙的容器等實(shí)驗(yàn)器材，做“探究壓力的作用效果”實(shí)驗(yàn).觀察圖19甲、乙，學(xué)生發(fā)現(xiàn)受力面積越大，小桌陷入細(xì)沙越淺.說(shuō)明壓力大小不變時(shí)，壓力的作用效果與受力面積有關(guān).觀察圖19丙、丁，學(xué)生發(fā)現(xiàn)壓力越大，小桌陷入細(xì)沙越深.說(shuō)明受力面積不變時(shí)，壓力的作用效果與壓力大小有關(guān).本實(shí)驗(yàn)通過(guò)固體小顆粒細(xì)沙的凹陷程度來(lái)說(shuō)明壓力的作用效果，把不能直接觀察的壓力作用效果轉(zhuǎn)換成細(xì)沙的凹陷程度，使實(shí)驗(yàn)效果更明顯.

5?利用“灰塵、粉塵、霧塵”為電磁學(xué)錦上添花

5.1?如何讓無(wú)形的磁場(chǎng)現(xiàn)身

磁場(chǎng)是很抽象的物理概念，看不見(jiàn)，摸不著，如何能知道磁場(chǎng)究竟是如何分布的，這就需要利用到固體小顆粒——鐵粉.如圖20所示，鐵粉很形象地顯示了U型磁鐵磁場(chǎng)的分布，以及各處磁場(chǎng)的疏密程度，使抽象概念形象具體.通電螺線管也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，那它究竟是如何分布的呢？很難想象.但通過(guò)利用到固體小顆粒——鐵粉，撒在通電螺線管的周圍，不斷晃動(dòng)，慢慢地就出現(xiàn)磁場(chǎng)分布圖，讓學(xué)生很驚訝的是：通電螺線管的磁場(chǎng)分布圖竟然和條形磁鐵是一樣的（如圖21所示）.這些顆粒物的應(yīng)用有助于將抽象概念生動(dòng)形象地建立在學(xué)生的腦海中，使學(xué)生獲得初步的感知體驗(yàn).

5.2?帶電體具有怎樣的性質(zhì)

物體帶電后，具有怎樣的性質(zhì)呢？這種性質(zhì)是否能很生動(dòng)形象地展現(xiàn)出來(lái)呢？當(dāng)學(xué)生拿一支筆在自己的頭發(fā)上來(lái)回摩擦很多次后，把筆放在顆粒物碎紙屑中，學(xué)生會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，筆將很多碎紙屑吸引上來(lái)了（如圖22所示），這就說(shuō)明帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì).并同時(shí)聯(lián)系到平時(shí)生活中化纖衣服，尤其是黑色化纖衣服，很容易吸灰，天氣越干燥，衣服灰塵越多，黑色衣服現(xiàn)象更明顯.這也是由于摩擦起電，使化纖衣服成為帶電體吸引輕小物體（灰塵），這些顆粒物增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的觀察效果.

6?結(jié)束語(yǔ)

為了增加學(xué)生的感知體驗(yàn)，也為了使抽象概念更具體化，本文講述了借助生活中不起眼的顆粒物為物理課堂錦上添花，以“灰塵、粉塵、霧塵”為鞭，讓課堂教學(xué)這匹馬一騎絕塵.學(xué)生從身邊常見(jiàn)的顆粒物來(lái)認(rèn)識(shí)物理，然后從物理又走向生活，生生不息，知識(shí)永無(wú)止境.

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