在探究實驗中應(yīng)該充分發(fā)揮實驗的作用
——談初中“測量小燈泡電功率”的教學(xué)

楊雄生

（北京教育學(xué)院朝陽分院 北京 100026）

杜玉萍

（北京中醫(yī)藥大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100013）

實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理教學(xué)的基礎(chǔ).物理教學(xué)應(yīng)該充分發(fā)揮演示實驗與學(xué)生實驗的作用，使其為教與學(xué)服務(wù).

“新課程標準”要求物理教學(xué)應(yīng)該滲透“探究思想”，培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新能力”，要完成此任務(wù)，需充分發(fā)揮實驗的作用.

現(xiàn)以初中“測定小燈泡電功率”的課堂教學(xué)為例，談?wù)劰P者的做法.

上課伊始，教師宣布：“我們進行連接電路比賽，要求用最少的元件，既能控制小燈泡的亮與滅，還能控制燈的亮暗程度.”

大約經(jīng)1.5～2min，已有不少學(xué)生完成實驗要求.教師點名表揚最先完成要求的三四名學(xué)生，并要求已完成實驗的學(xué)生幫助尚未完成的學(xué)生，在4min左右全班都完成了實驗.

圖1

先讓全班一起體驗實驗要求，既能控制小燈泡的亮與滅，還能控制燈的亮暗程度；再讓一位學(xué)生將電路圖畫在黑板上，如圖1所示.師生一起總結(jié)，要用最少元件完成實驗，需要的元件有電池、開關(guān)、燈泡、滑動變阻器與導(dǎo)線.

師：我們學(xué)過許多物理量，有電荷量、電流、電壓、電阻、電功率等等，哪個物理量是用來表示燈的亮暗程度？通過討論得出電功率用來表示燈的明暗程度的結(jié)論.

師：我們要測量實驗中小燈泡的電功率，怎么辦？

生：需要測出通過小燈泡的電流與小燈泡兩端的電壓.

師：為什么？

生：因為電功率等于電流乘以電壓，測出電流與電壓，相乘就得出電功率.

師：測量電流需用電流表，測量電壓需用電壓表.使用電流表與電壓表要注意什么？

生：（1）電流表測電流應(yīng)該與小燈泡串聯(lián)，電壓表測電壓應(yīng)該與小燈泡并聯(lián)；

（2）正確選擇量程；

（3）電流應(yīng)該從電表的正接線柱流入，從負接線柱流出；

（4）認真、正確讀數(shù).

師：我們的實驗電源是兩節(jié)干電池（3V），小燈泡的電阻大約10Ω，電流表與電壓表應(yīng)該選擇什么量程？

生：電流表選0～0.6A；電壓表選0～3V.

教師請一位學(xué)生將電路圖畫在黑板上，要求標出電表的量程與正、負接線柱，如圖2所示.

圖2

師：請同學(xué)們按要求開始實驗，先測兩次小燈泡的電功率.注意應(yīng)測量、記錄哪些物理量，才能算出小燈泡的電功率，最好能自己設(shè)計一個表格.

師（等學(xué)生隨意測量兩次小燈泡的電功率之后）：小燈泡的電功率有額定功率與實際功率之分，剛才同學(xué)們測定的電功率大部分都是實際功率.同學(xué)們實驗用的小燈泡額定電壓都是2.5V，如何測定它的額定功率？

生：先用滑動變阻器將小燈泡的電壓調(diào)到2.5 V，然后讀出通過它的電流，就能算出它的額定電功率了.

師：我們的實驗，除了要求測定小燈泡的額定電功率外，還要求測定兩次非額定狀態(tài)下的實際電功率，一次電壓是額定電壓的80% ；一次為額定電壓的120%.

師：請按要求開始實驗.

圖3 學(xué)生正在進行實驗

表1是兩組學(xué)生實驗的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)是由學(xué)生表述，教師填寫的，最后一列“燈泡的電阻”暫不出現(xiàn).

師：能否將這三次電功率取平均值，作為小燈泡發(fā)光的平均電功率？為什么？

生：不能，因為這是在不同情況下發(fā)光的電功率，不能取平均值.

師：就我們測量的數(shù)據(jù)，還能得出什么物理量？

生：小燈泡的電阻.

師：請大家將自己小燈泡的電阻計算出來；我們也可以將表1中兩個小燈泡的電阻算出來.

填上表1中右邊最后一行的數(shù)值.

師：我們能不能將表中三次電阻取平均作為小燈泡的電阻？為什么？

生：不行！因為這是在不同情況下小燈泡的電阻，也就是不同溫度下的電阻，不能取平均值.

師：雖然不能將不同溫度下的電阻取平均值作為小燈泡電阻的準確值.但從表1中，可以知道這種小燈泡的電阻大約是10Ω，而且我們的實驗還以此為根據(jù)來估計通過小燈泡的電流的大小，作為選擇電流表量程的依據(jù).

師：在初中物理中，我們利用滑動變阻器改變電路中的電流時，都是采用“一上一下”的接法.我們的實驗電路如圖4（a）和（b）所示，滑動變阻器接入電路的方法都是接“上方接線柱C，D中的一個”與“下方接線柱A，B中的一個”.

圖4 滑動變阻器接法實驗電路示意圖

師：我們又知道，變阻器接入電路的接線柱不同，用以改變電路電流的那一部分電阻是不一樣的，因此，當(dāng)滑片朝同一方向滑動時，電路的電流是變大還是變小也不一樣.

我們能利用現(xiàn)在的電路，稍改變一下接法，來“體驗”滑動變阻器的作用嗎？這個實驗應(yīng)該如何做呢？

生甲：這個實驗應(yīng)該分兩次做，第一次，變阻器“上方的接線柱”不動，改變接入電路“下方的接線柱”，朝同一個方向移動滑片P，電流變大與變小應(yīng)該正好相反.

第二次，變阻器“下方的接線柱”不動，改變接入電路“上方的接線柱”，朝同一個方向移動滑片P，電流變大與變小應(yīng)該不變.

師：這位同學(xué)說得很好，而且把實驗現(xiàn)象會發(fā)生怎樣變化都說出來了.要求同學(xué)們利用現(xiàn)有的電路，親自體驗一下現(xiàn)象是否像這位同學(xué)所說的.

實驗有如下要求：實驗之前，先分析實驗可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，我們稱為“預(yù)判”；再用實驗驗證自己的“預(yù)判”是否正確；最后，給大家一個比較詳細的解釋.

第一次實驗后，生甲：“我實驗的線路圖是圖4（b），閉合開關(guān)S，再推滑動變阻器的滑片P向右移動時，電壓表與電流表的讀數(shù)是增大的；將接入電路的接線柱由B改接A時，再推滑動變阻器的滑片P仍向右移動時，電壓表與電流表的讀數(shù)都是減小的.

這個現(xiàn)象是因為改接接線柱前，滑動變阻器接入電路的電阻是PB部分，當(dāng)滑片P向右移動時，PB部分電阻減小，所以，電路的電流增大，小燈泡兩端的電壓也增大；改接接線柱后，滑動變阻器接入電路的電阻是PA部分，當(dāng)滑片P仍向右移動時，PA部分電阻增大，所以，電路的電流減小，小燈泡兩端的電壓也減小，這就是我們看到的實驗現(xiàn)象.”

師：實驗與解釋都很好！

師：我們再體驗第二個實驗.

第二次實驗后，學(xué)生乙：我實驗的線路圖是圖4（a），閉合開關(guān)S，推滑動變阻器的滑片P向右移動時，電壓表與電流表的讀數(shù)是減小的；當(dāng)將接入電路的接線柱由D改接C時，再推滑動變阻器的滑片P仍向右移動時，電壓表與電流表的讀數(shù)仍是減小的.

這是因為對于圖4（a）的線路，變阻器接入電路是AP部分，不論滑動變阻器上方接入電路的的接線柱是C還是D，當(dāng)滑片P向右移動時，AP部分電阻都增大，電路的電流都是減小的，小燈泡兩端的電壓也是減小的，這就是我們看到的實驗現(xiàn)象.

師：實驗與解釋都很好！

師：我們利用現(xiàn)成的實驗線路再做第三個實驗.仍以圖4為例，將接在小燈泡兩端的電壓表，改接在變阻器兩端，實驗現(xiàn)象有何變化？請注意，挪電壓表時，要注意電壓表接線柱的接法.

要求也是先進行分析預(yù)判，再用實驗驗證自己的分析預(yù)判是否正確，請同學(xué)們將電路圖、預(yù)判與實驗現(xiàn)象都記錄下來，將這個實驗作為課后的作業(yè)，在作業(yè)中給予比較詳細的解釋.

作業(yè)題目就是本實驗要求，解題要求有三部分，第一，實驗前的分析預(yù)判；第二，實驗現(xiàn)象；第三，解釋實驗現(xiàn)象，在解釋中，假設(shè)電源電壓3V不變.

本實驗過程；本堂課的總結(jié)；課后有兩道與電功率有關(guān)作業(yè).（均略）

對本課的幾點說明.

采用“連接電路比賽”引入新課，預(yù)期盡快調(diào)動學(xué)生參與活動的積極性，盡快讓學(xué)生進入“角色”.實踐證明，只用兩分多鐘，就將學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性調(diào)動起來，說明預(yù)設(shè)是成功的.

筆者還將“連接電路比賽”這種引入新課的方法，推廣到“串、并聯(lián)電路”；“探究串、并聯(lián)電路的電流規(guī)律”；“探究串、并聯(lián)電路的電壓規(guī)律”；“測量小燈泡的電阻”等課中，雖經(jīng)多次重復(fù)，學(xué)生并沒有表現(xiàn)出“審美疲勞”的情緒，還是很熱情地參與比賽.說明這種引課的方法符合初中學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，而且效果很好，可以推廣.經(jīng)過多次練習(xí)，學(xué)生連接電路的技能已經(jīng)非常熟練.

對“最后利用現(xiàn)成的實驗線路再做三個實驗”的做法，有教師認為沒有必要，應(yīng)該騰出這部分時間，讓學(xué)生多做幾道題.在這種思想的指導(dǎo)下，有的教師為了“趕任務(wù)”，只用半堂課就做完“測量小燈泡的電功率”實驗，利用剩下的時間，讓學(xué)生做幾道習(xí)題，認為這樣才能提高學(xué)生的中考成績.

有這種想法的教師并非個別.例如，在“探究動滑輪的省力與機械效率”實驗中，有些教師總是先規(guī)定“彈簧測力計（拉細繩）只能沿豎直方向勻速提升物體”，然后匆匆忙忙“趕任務(wù)”做完實驗，騰出時間做習(xí)題.

面對現(xiàn)成的儀器，為什么不能花幾分鐘，讓學(xué)生隨意提升物體，這樣就能發(fā)現(xiàn)豎直提升物體與斜向提升物體.彈簧測力計的讀數(shù)不一樣.然后啟發(fā)學(xué)生通過實驗親自體驗兩個過程，第一，彈簧測力計（拉細繩）豎直提升物體，與斜向提升物體.彈簧測力計的讀數(shù)一樣嗎？誰大？第二，同樣沿豎直方向提升物體，勻速與加速.彈簧測力計的讀數(shù)一樣嗎？誰大？

在這兩個實驗的基礎(chǔ)上，教師才能說：“在初中階段，為了簡化問題，有關(guān)動滑輪的實驗，規(guī)定“彈簧測力計（拉細繩）只能沿豎直方向勻速提升物體.”這樣處理探究實驗才能體現(xiàn)物理教學(xué)的“實驗性”與“講理性”，也為以后深入討論有關(guān)動滑輪問題留下一定的“窗口”.

“新課程標準”要求物理教學(xué)應(yīng)該滲透“探究思想”，培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新能力”，為此，特別提倡讓學(xué)生親身經(jīng)歷某些實驗過程，從中體驗物理思想與物理方法.基于這種想法，本堂課中，不急于讓學(xué)生趕快按照教師的要求做實驗，而是讓學(xué)生兩次隨意測定小燈泡的電功率，再提出實驗要求……主要讓學(xué)生慢慢“品味”實驗，最后還增加了“利用現(xiàn)成的實驗線路再做三個實驗”，這三個實驗內(nèi)容，也常見于物理習(xí)題中.教師只是利用現(xiàn)成的電路實現(xiàn)習(xí)題與實驗相結(jié)合，讓學(xué)生體驗“學(xué)中玩”、“玩中學(xué)”；在這個過程中，特別強調(diào)“預(yù)判—實驗—說理”，如果經(jīng)過數(shù)次的重復(fù)，且學(xué)生能養(yǎng)成這種習(xí)慣，那么，跳出“題?！碧岣咧锌汲煽?，也就是“水到渠成”的事了.

以上的想法與做法，僅僅是一家之言，大膽提出來，與同行商榷，敬請批評指正.