首页 -> 2006年第7期
趣味物理实验教学研究
作者：王秀萍
一、精选趣味性强、可见度高的实验
兴趣是最好的老师，当人们对某一事物发生兴趣时，将在大脑中形成兴奋灶，这种兴奋会使人们对该事物的认识、理解和记忆处于最佳状态，并从中激励出创造性火花。抓住学生生性好奇的心理，巧妙地设计、表演新奇有趣的物理实验，让他们在愉快的气氛中探讨问题，接受知识。如利用液体打火机演示气体的浮力，将未充气的玩具气球套在液体打火机上并扎紧，然后将他们悬挂在一轻质杠杆的一端，调节杠杆另一端的钩码位置，使杠杆呈水平状态，把打火机气阀开关打开，放出气体充入气球，杠杆渐渐失去平衡，从而充分说明空气对轻质气体的浮力。采用充气瓶喷射演示反冲运动：取一密封完好的空饮料瓶，把自行车的充气阀门装在瓶盖上，盖上瓶盖后进行充气实验，保证瓶子密封良好。演示反冲运动实验时，饮料瓶内装入半瓶水并拧紧瓶盖，把饮料瓶水平绑在一个轻质小车上，用打气筒给饮料瓶充人适当的空气，然后把气阀的阀针拔掉，小车在饮料瓶喷出气体和水的反冲作用下，会向前冲出几十米的距离。
又如，用奶瓶演示气体状态参量之间的关系。实验一：演示一定度量的气体，在温度不变情况下，它的压强随体积的增加而减小。将一奶瓶的奶嘴加工，使奶嘴的小孔四周光滑无毛刺，并使小孔的直径约为0．6mm。将冷水到人奶瓶中，水的体积约为奶瓶容积的1/3，拧紧瓶盖，瓶盖四周不能散发漏气，用手指堵住奶嘴上的小孔后，将奶瓶倒置于竖直位置，松开手指，发现瓶内的水呈细线竖直下流，稍后流速减少逐渐下滴，最后不能滴出，若要重复操作，则将奶瓶正立片刻，待奶瓶内气体压强平衡，就可以重复操作了，教师在演示后，给同学们分析指出，松开手指之前，奶瓶内封闭气压强和大气压强相等，即P1=P0。水不断流出的过程中，奶瓶内气体压强变为大气压强减去水所产生的压强，即P2=P0—pgh，显然P2＜P1，这就演示了一定质量气体，在温度不变的情况下，它的压强随体积的增加而减少。实验二：演示一定质量的气体在体积不变的情况下，它的压强随温度的升高而增加。将滚烫的开水加入加工后的奶瓶中，使水的体积约为奶瓶容积的1/2，拧紧瓶盖，瓶盖四周不能漏气，奶嘴朝上，静置片刻后，瓶内气体压强等于大气压强，用手指赌住小孔，将奶瓶置于水平位置，并摇动奶瓶(摇动时水能进入奶嘴)，松开手指会发现一股细流猛烈地从小孔喷出，形成近似平抛物体运动的轨迹，射程达1m多远，学生惊奇不已。当水短暂喷出时，立即堵住小孔将奶瓶朝上，并松开手指静置，待瓶内外气体压强平稳后重复以上操作，又发生上述现象。在演示后向学生分析指出，摇动热水时释放热量使气体温度升高，水猛烈喷出证明了瓶内气体压强大于瓶外大气压强，这就证明了一定质量的气体在体积不变的情况下它的压强随温度的升高而增加。有的学生会认为水喷出过程中瓶内气体体积增加不满足气体体积一定的条件。其实在奶嘴朝上静置状态和手指刚移动开小孔状态下气体体积并未改变。即使在水喷出过程中，由于水流很细，短时间内可近似认为气体体积不变。实验三：演示一定质量的气体，在体积不变的情况下它的压强随温度降将低而减小。将温度为70℃～80℃的热水倒人奶瓶中，使水的体积约为奶瓶容积的仍，拧紧瓶盖，将奶瓶倒立于竖直位置，水会流出，当水停止流动时，用手堵住小孔，几秒钟后松开手指，不但发现水不会流出，而且会发现空气进入瓶中，形成一串气泡，同时能听到“咕嘟咕嘟”的响声，气流进入瓶内后，再次堵住小孔，几秒钟后松开手指，会再次发现上述现象。注意在上述操作过程中不能晃动奶瓶以免热水释放热量。演示后给学生指出，每次手指松开前后的两个状态相比，气体体积未变，经过几秒钟的冷却，气体温度便降低，空气能进入瓶中表明瓶内气体压强减少。这就验证了一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强随温度的降低而减小。
以上小实验取材容易，操作方便，可见度高，学生易懂，不但验证一些定理和概念，加深学生的理解，同时也提高了学生的学习兴趣。
二、寓知识性、探索性于实验演示中
在物理实验表演、演示中，趣味性是手段而不是目的，使学生在轻松愉快的情境中吸取知识，培养对物理的兴趣才是目的。不可盲目一味地追求趣味性，把实验搞成一种毫无思想的闹剧，应根据不同层次学生的知识水平有针对性地设计实验、提出问题，引导学生积极思考，使他们得到训练思维、增长知识的机会。如实验“吹不跑的乒乓球”，这一实验具体的做法是用带盖的矿泉水瓶一个，一段长约10cm、内径约6mm的橡胶管或塑料管，乒乓球一个用剪刀把矿泉水瓶从瓶子的中下部减开，在瓶底上打3～5个直径约6mm的小孔，把乒乓球放人瓶内，并将剪开的瓶体套接或者粘结在一起，使瓶高约15cm；根据橡胶管或塑料管的外径，在瓶盖上打一个适当的孔，把橡胶管插入孔内粘好。手拿橡胶管，让矿泉水瓶自然下垂，让瓶内的乒乓球落在瓶底，通过橡胶管向瓶内吹气，会看到乒乓球在气流作用下会逆着气流向上运动，最后被“吸”在瓶颈处而不会被气流吹跑。观察完实验后应向同学解释：当气流向下流经乒乓球的上表面时，由于乒乓球表面的凸起，增大了气体流动的路程，气流的流速加快，压强变小，使乒乓球上表面受到的气体压强小于下表面所受压强，产生方向向上的压力差，乒乓球受到向上的“升力”，当这个力大于乒乓球的重力时，乒乓球就会逆着气流向上运动，最后被“吸”在瓶口处。再如用一张纸按在下嘴唇边吹气。可看到纸向上漂动，对学生可深入追问为什么会出现这种现象?
三、积极激发学生的主动性与参与性
根据学生求知欲望强、活泼好动的特点，应创造轻松、民主的氛围，增强教师和学生的互动关系，积极鼓励学生主动参与。如在水波，绳波，弹簧波中，我们均可用实验让学生清楚地看到介质质点随机械波的传播在做机械振动，那么怎样让学生确信声波中的空气也在振动呢?为此设计了这样一个实验：在两块边长为14cm的三合板中开一直径为10em的圆孔，两板间夹一层聚乙稀薄膜，绷紧薄膜后用螺丝固定四周，用透明胶片做一个高10cm、直径略大于10cm的圆桶，对准圆孔放在板上，喇叭与薄膜相距约10m，在薄膜上撒些大米，当使接有6伏、50赫兹交流电源的橡皮喇叭通电发出声音时，学生可以看到米粒跳出圆桶，从而确信声波中空气的振动。又如：确定声音的传播需要空气等物质的媒质的实验。取一支大试管，配上合适的橡胶塞，在橡胶塞下悬挂一个蜂鸣器(可用贺卡上的音乐IC片)联接好电源待用。实验时先向试管中注入少量水，然后加热试管中的水。此时不要盖紧橡胶塞，待水沸腾，水蒸气充满容器，空气大部分被排出大试管后，小心盖紧橡胶塞。这时能清楚听见蜂鸣器的音乐声，停止加热后声音逐渐减弱，至水冷却后该声音听不见。这是由于试管内水蒸气冷凝后使试管内接近真空状态，所以几乎听不见蜂鸣器的响声，从而说明声音的传播需要以空气等物质为媒质，在真空中不能传播；以上两实验取材容易、成本低、操作方便、可见度高、学生易懂，所以学生要求主动参与操作，有些同学还要求自己动手制作，兴趣特别高。
四、精心设计、编排实验
为了使实验取得预期的良好教学效果，就要精心设计、反复思考和演示实验，排除“有伪”实验。人们常说“耳听为虚，眼见为实”，但从科学态度来看，并非如此，因为实验原理、过程、结果和最后结论每一个环节都可能有失误，每一步探求都可能存在主观因素的影响，即使是一些简单实验仍需要经常地思考，经常变换审视角度，以使实验能更客观精确地反映现实的客观规律，更好地服务于物理教学，使学生在好奇中感受物理知识的魅力，在轻松、有趣的实验中获得知识。
(责任编辑 孙晓雯)
本文为全文原貌 请先安装PDF浏览器
原版全文