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众所周知,物理是一门实验科学,物理实验是研究物理问题、学习物理知识的主要手段和方法。对我们来说,物理实验的成败直接影响这节物理课的成败,而且物理新教材的主要特色是突出学生主体作用,通过探究学习,增强学生的求知欲,它很注重使学生养成實事求是的科学态度,提高其利用物理知识解决日常生活中的常见现象的能力,实际动手能力、观察能力、分析能力、概括能力等。在这方面,物理实验是大有作为的。一个原理清楚易懂,效果明显的实验给学生带来的不仅有获得知识的喜悦,更有如何获得知识的启迪,这些知识特别是获得它的方法将构成学生打开未来之门的钥匙,极利于学生的创造性思维的培养。那么如何改进一些物理实验,使其效果更好,作用更大呢?经过几年的探索,笔者总结了以下改进方法。
一、物理实验改进方法框图如下
确定目的要求——检查——制定改进方案——重新实验——配置仪器。
二、说明如下
1.进行物理课教学时,通过对教材的研究确定教学目的和要求,以利于检查和制定改进方案。
2.检查,一个好的实验,应有较好的直观性,使学生尽可能多获得感性认识,使教学中的物理现象和规律清晰的展现在他们面前,使学生对所学的物理规律和原理能做到水到渠成的一点即透。从而生动形象的把教学目的转化为学生的学习目的。检查结果可行,就配置仪器,供教师使用。否则,应先采取相应步骤确定改进方案。
3.弄懂实验原理,了解实验的设计思想和方法是否正确,是否可行,然后进行肯定或修改。在此基础上根据以下条件来选择适当的仪器,确定相应的实验步骤:①实验的效果必须有明显的提高,反映物理现象和规律的实验的设计思想和表现形式必须简单易懂。②设备的状态要稳定,实验得出的数据和结果要正确。③仪器必须要能重复使用。④操作过程要简单快捷,以满足课堂45分钟的限制。⑤设备必须要经济,能和其他的实验仪器通用,以提高设备的利用率,和有限的资金建立更加完善的物理实验室。
4.根据改进方案选择仪器重新试验,如果可行就配置仪器以便使用,如果不可以则重复第3步,直到满意为止。
三、举例说明
[例 1]物理教材“焦耳定律实验”
1.实验目的,利用电阻丝通电发热来研究Q和I、R、T的关系,即焦耳定律。
2.该实验经检查有两大缺陷,其一,瓶子太大,瓶子水太多,加热时间过长,研究Q和I的关系时,要重复做一次,一节课的45分钟根本不够用。其二,如果要节约时间,必然要减少瓶子中的水,那么效果明显的管子就不能用了,只能用效果不明显的温度计,但由于烧瓶过多温度计的示数处位于瓶内或瓶塞处,读数也相对较困难。
3.改进方法:利用原来的设计思想采取以下3条改进方法。
(1)将烧杯舍去,采用萘的熔解器中的粗短试管代替,解决了水必须多的问题。
(2)利用混联的方式决解了两次加热的问题。(电路图见下图)
(3)在做显示的小玻璃管中放几粒高锰酸钾或几滴红墨水,使试管中的水因受热膨胀的现象更明显,经过上述改进,该实验7分钟即可完成,我们可明显的观察到三个试管中的小玻璃管中的红色液面所显示的高度是不同的,分析如下:
1)①②试管中的电阻丝为串联,所以通过他们的电流相等,它们的加热时间也相同,试管中的水也相同,所以小玻璃管红液面升高的不同,说明试管内电阻丝产生的热量是不同的,而且当其他条件不变时,电阻越大,它产生的热量越多。
2)①③试管电阻丝是相同的,即电阻值相等,通电时间也相同,试管中的水也相同,而流过①③管中的电流由电流表可知是不相等的,所以小玻璃管中的红液面所升的高度的不同说明,试管内电阻丝产生的热量不同,其他条件相同时,通过的电流越大,它产生的热量越多。
3)观察①试管,当其他条件不变时,加热时间越长,它产生的热量越多。
总结上述三条可得出焦耳定律。
[例 2]物理物体的沉浮
1.教学目标:掌握物体的沉浮条件。
2.课本中只画了几个图,使学生理解困难,经常出现各种错误,我采用将图改为实验的方法来改进。
3.改进方法
该实验最困难的是悬浮实验,我利用了一个五毫升的注射器,先吸入1毫升的红墨水,调节推管推入的深度,堵住入口放入玻璃水槽中,没有悬浮则拿出打开入口,调节推管,注意注射器内红墨水不能挤出,再堵住入口,放入水槽中,反复几次,直到注射器竖直的悬浮在水中,再推管上做好记号,即可运用。
4.使用方法
(1)先请同学们分析悬浮实验时的条件,即F=G。
(2)用另一注射器从入口注入红墨水,用手将它按在水中,请同学分析结果并说明,然后松手加以验证,可见注射器沉入水底,即F (3)将注射器内红墨水全部挤出,再将推管恢复到原来位置,重复b中后面的步骤,得出F>G2时物体上浮,直到注射器水平的静止在水面上即F=G2可见此时的重力G已不是悬浮时的G,F也不是悬浮时的F。
[例 3]物理压力和压强
1.教学目的:通过压力效果与其大小及受力面积的关系掌
握压强的概念和公式。
2.该实验有两大缺陷:其一效果不明显,尤其是后排的学生根本看不见;其二,学生只看不动,只好机械的死记硬背,影响其学习兴趣及多项能力的培养。
3.改进方法
将演示实验改为学生实验,器材有小木块,两个图钉,一个铆钉若干组,这些材料便宜,且取材方便。
4.使用方法
(1)教师讲完压力后,利用小黑板或投影仪出示,“请问同学们分别用很小的力和很大的力将两个图钉垂直钉入木块,它的压力效果即钉的深浅有什么不同,为什么?”引导学生得出压力效果与其大小成正比。
(2)同样出示:“请同学们用几乎相同的力分别将图钉和铆钉垂直钉向木块,他的压力效果如何,为什么?”引导同学得出压力效果与受力面积成反比。
[例 4]电 流
1.实验目的:了解电流的形成和特点。
2.该实验效果不明显有两大缺陷:其一金属杆太粗;其二金属杆裸露太多,直接影响实验效果。
3.改进方法
(1)我用一个胶质线代替金属杆,且一头接在验电器上。
(2)利用电吹风吹干毛皮和玻璃棒或丝绸和玻璃棒。
4.使用方法
(1)将摩擦过后的玻璃棒接触接有胶质线的验电器,使其金属箔张开一定的角度,然后用胶质线接到另一个验电器②上,可以看到验电器②的金属箔张开了,同时第一个验电器的金属箔张开的角度变小了,充分的说明了电荷从第一个验电器经过胶质线流到第二个验电器上,形成了电流。
(2)用胶质线将验电器①②连接起来,用摩擦过的橡胶棒或玻璃棒接触验电器①,可以看见验电器①的金属箔张开了,同时验电器②的金属箔也张开了,说明棒上的电荷不仅到了验电器①,还通过胶质线流到了验电器②上了,形成了电流。
[例 5]空气压缩引火仪
演示实验,课本是这样介绍的:在一个厚壁的玻璃筒放一块浸过乙醚的棉花,把活塞迅速压下去,棉花就会燃烧起来,在这个实验中如果有乙醚自然会收到较好的实验效果,但乙醚市面少见,特别是边远山区中学买不到乙醚从而影响演示实验的开展。在实际教学中分别用煤油、汽油、火柴头代替乙醚实验,总结出用火柴头效果最好,因为火柴头是硫化锑(SB2S3)和氯酸钾(KClO3)配制而成,着火点较低,取干燥火柴头2～3粒放入空气压缩引火仪中,用力迅速将活塞压下去,此时火柴头中,KClO3受压缩空气而产生热能的影响,分解放出O2及热量,2KClO3=2KCl+3O2,加热量进而很快引燃了SB2O3,于是火柴头燃烧放出明亮火花,为防止引爆火柴头一次仅能放2～3粒,不宜过多,此实验成本极低,取材十分方便,适合多数乡村中学的物理实验条件。
一、物理实验改进方法框图如下
确定目的要求——检查——制定改进方案——重新实验——配置仪器。
二、说明如下
1.进行物理课教学时,通过对教材的研究确定教学目的和要求,以利于检查和制定改进方案。
2.检查,一个好的实验,应有较好的直观性,使学生尽可能多获得感性认识,使教学中的物理现象和规律清晰的展现在他们面前,使学生对所学的物理规律和原理能做到水到渠成的一点即透。从而生动形象的把教学目的转化为学生的学习目的。检查结果可行,就配置仪器,供教师使用。否则,应先采取相应步骤确定改进方案。
3.弄懂实验原理,了解实验的设计思想和方法是否正确,是否可行,然后进行肯定或修改。在此基础上根据以下条件来选择适当的仪器,确定相应的实验步骤:①实验的效果必须有明显的提高,反映物理现象和规律的实验的设计思想和表现形式必须简单易懂。②设备的状态要稳定,实验得出的数据和结果要正确。③仪器必须要能重复使用。④操作过程要简单快捷,以满足课堂45分钟的限制。⑤设备必须要经济,能和其他的实验仪器通用,以提高设备的利用率,和有限的资金建立更加完善的物理实验室。
4.根据改进方案选择仪器重新试验,如果可行就配置仪器以便使用,如果不可以则重复第3步,直到满意为止。
三、举例说明
[例 1]物理教材“焦耳定律实验”
1.实验目的,利用电阻丝通电发热来研究Q和I、R、T的关系,即焦耳定律。
2.该实验经检查有两大缺陷,其一,瓶子太大,瓶子水太多,加热时间过长,研究Q和I的关系时,要重复做一次,一节课的45分钟根本不够用。其二,如果要节约时间,必然要减少瓶子中的水,那么效果明显的管子就不能用了,只能用效果不明显的温度计,但由于烧瓶过多温度计的示数处位于瓶内或瓶塞处,读数也相对较困难。
3.改进方法:利用原来的设计思想采取以下3条改进方法。
(1)将烧杯舍去,采用萘的熔解器中的粗短试管代替,解决了水必须多的问题。
(2)利用混联的方式决解了两次加热的问题。(电路图见下图)
(3)在做显示的小玻璃管中放几粒高锰酸钾或几滴红墨水,使试管中的水因受热膨胀的现象更明显,经过上述改进,该实验7分钟即可完成,我们可明显的观察到三个试管中的小玻璃管中的红色液面所显示的高度是不同的,分析如下:
1)①②试管中的电阻丝为串联,所以通过他们的电流相等,它们的加热时间也相同,试管中的水也相同,所以小玻璃管红液面升高的不同,说明试管内电阻丝产生的热量是不同的,而且当其他条件不变时,电阻越大,它产生的热量越多。
2)①③试管电阻丝是相同的,即电阻值相等,通电时间也相同,试管中的水也相同,而流过①③管中的电流由电流表可知是不相等的,所以小玻璃管中的红液面所升的高度的不同说明,试管内电阻丝产生的热量不同,其他条件相同时,通过的电流越大,它产生的热量越多。
3)观察①试管,当其他条件不变时,加热时间越长,它产生的热量越多。
总结上述三条可得出焦耳定律。
[例 2]物理物体的沉浮
1.教学目标:掌握物体的沉浮条件。
2.课本中只画了几个图,使学生理解困难,经常出现各种错误,我采用将图改为实验的方法来改进。
3.改进方法
该实验最困难的是悬浮实验,我利用了一个五毫升的注射器,先吸入1毫升的红墨水,调节推管推入的深度,堵住入口放入玻璃水槽中,没有悬浮则拿出打开入口,调节推管,注意注射器内红墨水不能挤出,再堵住入口,放入水槽中,反复几次,直到注射器竖直的悬浮在水中,再推管上做好记号,即可运用。
4.使用方法
(1)先请同学们分析悬浮实验时的条件,即F=G。
(2)用另一注射器从入口注入红墨水,用手将它按在水中,请同学分析结果并说明,然后松手加以验证,可见注射器沉入水底,即F
[例 3]物理压力和压强
1.教学目的:通过压力效果与其大小及受力面积的关系掌
握压强的概念和公式。
2.该实验有两大缺陷:其一效果不明显,尤其是后排的学生根本看不见;其二,学生只看不动,只好机械的死记硬背,影响其学习兴趣及多项能力的培养。
3.改进方法
将演示实验改为学生实验,器材有小木块,两个图钉,一个铆钉若干组,这些材料便宜,且取材方便。
4.使用方法
(1)教师讲完压力后,利用小黑板或投影仪出示,“请问同学们分别用很小的力和很大的力将两个图钉垂直钉入木块,它的压力效果即钉的深浅有什么不同,为什么?”引导学生得出压力效果与其大小成正比。
(2)同样出示:“请同学们用几乎相同的力分别将图钉和铆钉垂直钉向木块,他的压力效果如何,为什么?”引导同学得出压力效果与受力面积成反比。
[例 4]电 流
1.实验目的:了解电流的形成和特点。
2.该实验效果不明显有两大缺陷:其一金属杆太粗;其二金属杆裸露太多,直接影响实验效果。
3.改进方法
(1)我用一个胶质线代替金属杆,且一头接在验电器上。
(2)利用电吹风吹干毛皮和玻璃棒或丝绸和玻璃棒。
4.使用方法
(1)将摩擦过后的玻璃棒接触接有胶质线的验电器,使其金属箔张开一定的角度,然后用胶质线接到另一个验电器②上,可以看到验电器②的金属箔张开了,同时第一个验电器的金属箔张开的角度变小了,充分的说明了电荷从第一个验电器经过胶质线流到第二个验电器上,形成了电流。
(2)用胶质线将验电器①②连接起来,用摩擦过的橡胶棒或玻璃棒接触验电器①,可以看见验电器①的金属箔张开了,同时验电器②的金属箔也张开了,说明棒上的电荷不仅到了验电器①,还通过胶质线流到了验电器②上了,形成了电流。
[例 5]空气压缩引火仪
演示实验,课本是这样介绍的:在一个厚壁的玻璃筒放一块浸过乙醚的棉花,把活塞迅速压下去,棉花就会燃烧起来,在这个实验中如果有乙醚自然会收到较好的实验效果,但乙醚市面少见,特别是边远山区中学买不到乙醚从而影响演示实验的开展。在实际教学中分别用煤油、汽油、火柴头代替乙醚实验,总结出用火柴头效果最好,因为火柴头是硫化锑(SB2S3)和氯酸钾(KClO3)配制而成,着火点较低,取干燥火柴头2～3粒放入空气压缩引火仪中,用力迅速将活塞压下去,此时火柴头中,KClO3受压缩空气而产生热能的影响,分解放出O2及热量,2KClO3=2KCl+3O2,加热量进而很快引燃了SB2O3,于是火柴头燃烧放出明亮火花,为防止引爆火柴头一次仅能放2～3粒,不宜过多,此实验成本极低,取材十分方便,适合多数乡村中学的物理实验条件。