根據(jù)教學(xué)難點(diǎn)設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)

李江虹

摘要：根據(jù)高中物理教材中一些教學(xué)難點(diǎn)，利用簡單的實(shí)驗(yàn)儀器和廢棄物自制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)，演示實(shí)驗(yàn)，采用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，針對(duì)性實(shí)驗(yàn)和矛盾性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得與物理概念、規(guī)律有關(guān)的具體直觀的感性認(rèn)識(shí)，以提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)突破難點(diǎn)

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)始終是研究物理學(xué)的重要方法。正如楊振寧所說的：“物理本身是現(xiàn)象而不是推演。”在中學(xué)物理教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)方法，課堂演示實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用較多的方式。教學(xué)大綱和教材中規(guī)定的演示實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)是結(jié)合概念的引出和規(guī)律的驗(yàn)證而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。依據(jù)以上兩點(diǎn)設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)是完全必要的，通過演示實(shí)驗(yàn)可以指導(dǎo)學(xué)生觀察和分析物理現(xiàn)象，獲得生動(dòng)的感性認(rèn)識(shí)，從而更好的理解和掌握物理概念和定律。

一、用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

物理規(guī)律或結(jié)論是物理現(xiàn)象的本質(zhì)，是從大量的物理事實(shí)中概括出來的。俗話說：“有比較才有鑒別?！边\(yùn)用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，通過改變實(shí)驗(yàn)條件，把所研究的物理現(xiàn)象各個(gè)方面的特征揭示出來，或通過不同的實(shí)驗(yàn)把兩個(gè)事物進(jìn)行比較，使學(xué)生看到現(xiàn)象的本質(zhì)，從而達(dá)到對(duì)概念規(guī)律的正確認(rèn)識(shí)。

在必修一中講“超重”和“失重”現(xiàn)象時(shí)，往往舉坐電梯的例子。學(xué)生對(duì)這例子有親身體會(huì)能夠理解。但講到物體對(duì)支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Φ扔诹愕倪@種狀態(tài)，叫做“完全失重”狀態(tài)，學(xué)生不易理解，成為教學(xué)的難點(diǎn)。這時(shí)可用一個(gè)簡單的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)突破教學(xué)難點(diǎn)。用兩塊磚夾住兩段紙條，靜止在講桌上，請兩位同學(xué)上臺(tái)來，要求他們在不搬動(dòng)磚的條件下，分別將紙條從兩磚間拉出來。結(jié)果，兩人都將紙條拉斷。分析：當(dāng)人用力向外拉紙條時(shí)，紙條正壓力的大小等于上面磚的重力，紙條有向里的靜摩擦力。在人的拉力和靜摩擦力對(duì)紙條的共同作用下，紙條被拉斷。接下來，教師用左手托住磚頭，右手拉住右邊剩下的紙條頭，在磚頭向下做自由落體運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，用右手將紙條輕松拉出。調(diào)換右手托住磚頭，左手將左邊的紙條拉出。再請剛剛拉斷過紙條的兩位同學(xué)重做教師的演示。通過兩次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，再對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋：當(dāng)兩塊磚夾住紙條相向做自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)他們之間的正壓力為零，處于完全失重狀態(tài)，磚與紙條間的摩擦力為零，故紙條在人的拉力作用下被拉出，紙條不會(huì)被拉斷。這樣，學(xué)生很快就理解了完全失重現(xiàn)象。

二、用針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

對(duì)中學(xué)生來講，來自于日常生活的經(jīng)歷以及對(duì)事物和現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)不夠全面，難以達(dá)成對(duì)事物的理性認(rèn)識(shí)。那么，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)就非常有必要。做到有的放矢。

電阻率是導(dǎo)體的重要特性。高中物理教材指出：“各種材料的電阻率都隨溫度而變化。金屬電阻率隨溫度升高而增大，因此金屬導(dǎo)體的電阻也隨溫度升高而增大?！睂W(xué)生對(duì)此缺乏感性認(rèn)識(shí)，針對(duì)這一論述，可以設(shè)計(jì)一個(gè)展示電阻率隨溫度變化的演示實(shí)驗(yàn)，材料選鐵和鎢，因?yàn)樗鼈兊碾娮杪蕼囟认禂?shù)較大(鐵α=0.0062／度，鎢α=0.0051／度，銅α=0.0043／度)。方法如下，用萬用表測電阻，直接顯示加熱時(shí)電阻的變化。取一段直徑為0.5毫米，長為0.5米左右的細(xì)鐵絲，密繞成螺線管狀，固定在一個(gè)絕緣支架上。用萬用表檔R*I測其阻值，約為0.5Ω，酒精燈加熱鐵絲可達(dá)1000℃，其阻值增加到原來的幾倍，表針明顯向左偏轉(zhuǎn)，說明鐵的電阻率隨溫度升高而增大。

也可用金屬鎢(白熾燈絲)等來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)更好。取一只“220V，100W”的白熾燈泡，用玻璃刀的棱角在其根部敲一個(gè)小洞，充入空氣后，在沿根部用玻璃刀劃圈后取下玻璃泡。留下螺口、支架及完好的燈絲(注：若直接敲碎玻璃泡，則爆炸時(shí)的燈絲極易斷裂)。將取下的燈絲連同螺口旋入準(zhǔn)備好的燈座上，用萬用表檔R*10測其電阻阻值約為50Ω。用酒精燈加熱燈絲至“白熾”狀態(tài)，阻值約為125Ω。如此簡單的針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得了感性認(rèn)識(shí)，再結(jié)合理論知識(shí)，幫助學(xué)生全面的認(rèn)識(shí)事物。

三、用矛盾性實(shí)驗(yàn)，突破教學(xué)難點(diǎn)

在教學(xué)中恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)一些與學(xué)生頭腦中前科學(xué)概念相矛盾的實(shí)驗(yàn)，對(duì)糾正錯(cuò)誤觀念，建立正確的物理概念起著重要的作用。在平日里，同學(xué)們總是認(rèn)為：只要是同一物體在沒有外力作用的時(shí)候，在任何地方對(duì)地面的壓力都相等，卻沒有分析它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么，物體在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)地面的壓力是什么樣的呢?提出這個(gè)閫題后用自制的“凸凹橋演示儀”進(jìn)行演示。當(dāng)小球靜止的放在凸點(diǎn)時(shí)，小球能掉下來，但讓小球從最高點(diǎn)滾到此處卻能順利通過。這說明小球以一定的速度通過凸點(diǎn)時(shí)對(duì)凸點(diǎn)的壓力比靜止時(shí)小。當(dāng)小球靜止的放在凹點(diǎn)時(shí)，能夠安然無恙，但讓小球從最高點(diǎn)滾到此處卻掉下來了。這說明小球以一定的速度通過凹點(diǎn)時(shí)對(duì)凹點(diǎn)的壓力比靜止時(shí)大。學(xué)生從看到的結(jié)果中得到了答案，但與自己的想法發(fā)生了矛盾，這時(shí)再結(jié)合課本中所講的實(shí)例對(duì)其進(jìn)行分析使學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到：物體的受力情況與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。還可以根據(jù)演示儀給出一些參數(shù)，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)求出凸點(diǎn)和凹點(diǎn)的壓力的大小。這樣既解決了學(xué)生思想上的矛盾也鞏固了曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

在實(shí)際過程中要遵守曲線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，要滿足R=2／3h，如果設(shè)定h=150mm,那么R=100mm，但這是理想狀態(tài)，實(shí)際中存在著一定摩擦力。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)為使小球能到凸點(diǎn)。設(shè)小球下落高度為150mm，凸點(diǎn)的半徑為70mm，凹點(diǎn)的半徑為100mm。在制作過程中，鐵絲一定要平滑，在折彎的時(shí)候兩條鐵絲要一齊進(jìn)行，以保持其一致。