以等效思想為依據(jù)創(chuàng)新物理實驗

從巖+??

由于氣體壓強的產生機理屬于微觀內容，學生很難對這一知識點形成直觀的體驗，使得這一概念成為教學中的難點。教學中常常使用“雨滴打在傘上”這一例子來解釋氣體壓強的產生機理，將雨滴等效為運動的氣體分子，希望學生能夠通過觀察傘面的形變類比氣體壓強的產生。該實驗設計不易觀察實驗結果，故筆者同樣依據(jù)等效替代這一物理核心思想，對模擬氣體壓強產生機理的實驗裝置進行了重新設計。

1實驗原理

該教具針對氣體壓強產生機理不易觀察的問題，采用乒乓球模擬氣體分子的運動，將其在水桶內無規(guī)則的撞擊桶壁產生的壓強等效看作氣體壓強。由于影響氣體壓強的主要因素在宏觀上表現(xiàn)為氣體體積與環(huán)境溫度的變化，所以本裝置通過用乒乓球的數(shù)量表示氣體體積的大小，用離心風機風速的大小模擬環(huán)境溫度的高低。通過固定在桶壁上的壓電陶瓷片將桶壁的振動情況采集到示波器中，學生通過觀察示波器中波形的變化，體會不同情況下氣體壓強的變化情況。

2實驗裝置及器材

實驗裝置如圖1所示。實驗器材：乒乓球若干、壓電陶瓷片、廢舊飲水機水桶、離心風機、脈寬調速器、示波器。離心風機及脈寬調速器參數(shù)見表1、2。

3實驗步驟

3.1實驗前的準備

將乒乓球放入水桶內，連接離心風機。開啟離心風機并啟動示波器，將波形調至適當位置。

3.2空白對比實驗

當開啟離心風機而桶內無乒乓球時，示波器波形無變化，為一條橫向直線。

4實驗結論

4.1體積、溫度（風速）一定

（1）氣體分子數(shù)較少（一個乒乓球）時，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較少，示波器顯示波形為平均振幅較小、變化次數(shù)較少的無規(guī)則的變化曲線；

（2）氣體分子數(shù)較多（3個乒乓球）時，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較多，示波器顯示波形的平均振幅增大、變化次數(shù)增多，仍為無規(guī)則變化的曲線。

4.2體積、氣體分子數(shù)一定

（1）溫度（風速）較低時，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較少，示波器顯示波形為平均振幅較小、變化次數(shù)較少的無規(guī)則的變化曲線；

（2）溫度（風速）較高時，乒乓球撞擊桶壁次數(shù)增多，示波器顯示波形平均振幅增大、變化次數(shù)增多，仍為無規(guī)則變化曲線。

5設計特色

（1）實驗設計的最大亮點是使用等效替代的方法將不易觀察的氣體壓強產生機理具體化，有助于學生觀察理解現(xiàn)象，同時也達到激發(fā)興趣培養(yǎng)能力的目的。

（2）實驗方案的設計符合物理實驗中控制變量的原則，可通過對比性實驗來具體分析影響氣體壓強的幾個因素。

（3）實驗主要器材取自生活中常見的事物，體現(xiàn)了物理源于生活的本質。

（4）實驗裝置具有操作簡便且安全、現(xiàn)象明顯的特點。

6小結

等效替代法作為中學物理教學的核心思想之一，是迅速解決物理問題一種有效手段。通過等效替代法能夠在保證效果（特性和關系）相同的前提下，將實際的、復雜的物理問題和物理過程轉化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理。教師通過運用等效替代法，將教學過程中遇到的不易表達的知識內容，轉化為學生易觀察、易思考的實驗現(xiàn)象。這種方式不僅能有效提升教學效果，同時也為教師對物理實驗進行創(chuàng)新提供了思路。