微型實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

(廣東省普寧市城東中學(xué),廣東 普寧 515300)

·實(shí)驗(yàn)研究·

微型實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

林東檳

(廣東省普寧市城東中學(xué),廣東 普寧 515300)

物理微型實(shí)驗(yàn)不僅能將新奇而又有趣的物理現(xiàn)象清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，而且還有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生探索知識(shí)、研究問(wèn)題。本文以高中物理教材中的微型實(shí)驗(yàn)為例，探討其在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用策略。

高中物理；微型實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

高中物理課標(biāo)明確凸現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)的地位，然而，從高考的反饋信息來(lái)看，高考實(shí)驗(yàn)題的得分率仍然偏低，反映出實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然是高中物理教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)。許多老師對(duì)實(shí)驗(yàn)以講代做，以題代做，學(xué)生難以應(yīng)對(duì)當(dāng)今以考物理思想和動(dòng)手能力為主的高考。因而在物理教學(xué)過(guò)程中，精心設(shè)計(jì)微型實(shí)驗(yàn)，努力為學(xué)生展現(xiàn)直觀、生動(dòng)、趣味的學(xué)習(xí)情境顯得尤為必要。

物理微型實(shí)驗(yàn)是以盡可能簡(jiǎn)單的器材，來(lái)獲取最有效的實(shí)驗(yàn)信息。它具有器材簡(jiǎn)易、操作方便、用時(shí)少、現(xiàn)象直觀的特點(diǎn)，它在物理教學(xué)過(guò)程中具有非常重要的意義和作用：(1) 通過(guò)微型實(shí)驗(yàn)的完成，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。(2) 通過(guò)微型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，進(jìn)一步培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，可培養(yǎng)學(xué)生觀察和動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的熱情，樹(shù)立克服困難的信心和將科學(xué)服務(wù)于人類的意識(shí)。(3) 通過(guò)微型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，可達(dá)到對(duì)物理知識(shí)的鞏固、復(fù)習(xí)和提高的作用。因此，微型實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程就是對(duì)知識(shí)的再學(xué)習(xí)過(guò)程，并由此達(dá)到升華知識(shí)、提高能力的目的。既然微型實(shí)驗(yàn)如此重要，那么在實(shí)際教學(xué)中又該如何用好微型實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

1 以微型實(shí)驗(yàn)引入課題，激發(fā)興趣

良好的開(kāi)端是成功的一半，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)引入課題，可以起到渲染氣氛、吸引注意、激發(fā)興趣的作用。

實(shí)驗(yàn)1:投飛鏢

圖1

在講述平拋運(yùn)動(dòng)這個(gè)內(nèi)容前先做一個(gè)投飛鏢的微型實(shí)驗(yàn)：在一塊軟紙板上畫(huà)幾個(gè)同心圓，做成靶子的形狀，如圖1所示，分別讓一個(gè)會(huì)投飛鏢的學(xué)生和一位不會(huì)投飛鏢的學(xué)生上講臺(tái)演示。在學(xué)生投擲飛鏢的過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察兩位同學(xué)投擲飛鏢時(shí)的不同之處。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，教師請(qǐng)這兩位同學(xué)交流投擲飛鏢的體會(huì)。會(huì)投飛鏢的學(xué)生講述經(jīng)驗(yàn)：瞄準(zhǔn)時(shí)，飛鏢對(duì)準(zhǔn)靶子中心的上面。此時(shí)教師提問(wèn)：我們投飛鏢要投的目標(biāo)是靶子中心，為什么瞄準(zhǔn)時(shí)卻是瞄準(zhǔn)靶子中心的上面？

很多會(huì)投飛鏢的同學(xué)也只是知道投飛鏢瞄準(zhǔn)時(shí)要瞄準(zhǔn)靶子的上面，對(duì)其中的道理并不清楚，這樣以微型實(shí)驗(yàn)吸引學(xué)生眼球，并加以適當(dāng)?shù)奶釂?wèn)，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，課堂有了良好的開(kāi)端，而對(duì)于不會(huì)投飛鏢的學(xué)生來(lái)說(shuō)，在要學(xué)會(huì)投飛鏢的心理作用下，興趣盎然。在學(xué)生熱情高漲的氣氛中引入新課，又怎能不使課堂充滿生機(jī)和活力呢？

2 以微型實(shí)驗(yàn)輔助講授，加深理解

課堂上的微型實(shí)驗(yàn)有助于展示物理現(xiàn)象、展現(xiàn)物理過(guò)程、驗(yàn)證理論和規(guī)律，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。

2.1 展示物理現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)2:做離心運(yùn)動(dòng)的盒子

用細(xì)繩拴著一個(gè)小盒子，使之在水平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，突然松手，向心力消失，物體將沿切線方向飛出而做遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)。

離心運(yùn)動(dòng)的概念是：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就會(huì)做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為離心運(yùn)動(dòng)。如果只是教師口述離心運(yùn)動(dòng)的概念，很多同學(xué)可能會(huì)覺(jué)得這個(gè)概念太抽象。配合上述的微型實(shí)驗(yàn)講解離心運(yùn)動(dòng)，離心運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象一目了然，無(wú)需太多的講解，同學(xué)們就明白了。

實(shí)驗(yàn)3:顯示拋體運(yùn)動(dòng)速度方向的飛鏢

取一根稍長(zhǎng)的細(xì)桿，一端固定一枚鐵釘，另一端用羽毛或紙片做一個(gè)尾翼，這就做成了一個(gè)能夠顯示曲線運(yùn)動(dòng)速度方向的“飛鏢”，如圖2所示，在空曠地帶把飛鏢斜向上拋出，飛鏢在空中的指向就是它做曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向。

圖2

圖3

曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向是曲線運(yùn)動(dòng)這一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重難點(diǎn)，通過(guò)這個(gè)微型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯而易見(jiàn)，學(xué)生能輕松地理解曲線運(yùn)動(dòng)的速度方向。

2.2 展現(xiàn)物理過(guò)程

實(shí)驗(yàn)4:運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性

如圖3所示，用小錘打擊彈性金屬片，球1沿水平方向飛出，同時(shí)球2被松開(kāi)，做自由落體運(yùn)動(dòng)。改變小錘打擊金屬片的作用力，使球1沿水平方向飛出的初速度大小發(fā)生變化，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。雖然球1和球2兩球運(yùn)動(dòng)的軌跡不同，一個(gè)是曲線，另一個(gè)是直線，但不管球1水平拋出的初速度如何，兩球總是在同一時(shí)刻落到地上，這個(gè)微型實(shí)驗(yàn)清晰地展示了合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)互相獨(dú)立的物理過(guò)程。

圖4

2.3 驗(yàn)證物理理論和規(guī)律

實(shí)驗(yàn)5:驗(yàn)證機(jī)械能守恒

如圖4所示，一個(gè)用細(xì)線懸掛的小球從A點(diǎn)開(kāi)始擺動(dòng)。記住它向右能夠達(dá)到的最大高度。然后用一把尺子在P點(diǎn)擋住擺線,看看這種情況下小球所能達(dá)到的最大高度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論用不用尺子擋住擺線，在連續(xù)的擺動(dòng)中，小球能達(dá)到的最大高度是幾乎相同的。這說(shuō)明在擺動(dòng)過(guò)程中，若不考慮空氣阻力的影響，小球的機(jī)械能沒(méi)有減少，這個(gè)微型實(shí)驗(yàn)也就定性地驗(yàn)證了機(jī)械能守恒。

3 把微型實(shí)驗(yàn)用于課外，拓寬學(xué)生視野

俗話說(shuō)“百聞不如一見(jiàn)”，但“百見(jiàn)不如一做”。學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，對(duì)所學(xué)物理知識(shí)就能領(lǐng)會(huì)得更深，記得更牢，用得更活。學(xué)生生活在豐富多彩的物理世界中，有許多可供觀察的自然現(xiàn)象，有不少可供探索的物理問(wèn)題。教材中也設(shè)置了眾多的“小實(shí)驗(yàn)”“實(shí)踐與拓展”“做一做”，為學(xué)生課外活動(dòng)提供了大量素材，而這些課外小實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的一種很有效的補(bǔ)充形式，能夠擴(kuò)大學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理和技術(shù)的興趣，加強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系。高中物理必修2中的“實(shí)踐與拓展”就設(shè)置了很多微型實(shí)驗(yàn)供學(xué)生操作。

實(shí)驗(yàn)6:水流星

用細(xì)繩系住一只小塑料桶，在桶里裝上半桶水，用力使水桶在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，而水桶里的水不會(huì)甩出來(lái)。很多同學(xué)一開(kāi)始做這個(gè)實(shí)驗(yàn)難以成功，失敗后就會(huì)設(shè)法尋找原因，通過(guò)查資料、看書(shū)，終于自己搞清了物體在豎直平面上運(yùn)動(dòng)的條件。而教材上并沒(méi)有“物體在豎直平面上運(yùn)動(dòng)的條件”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)這個(gè)微型實(shí)驗(yàn)學(xué)到了教材上沒(méi)有涉及的知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)7:研究拋射角和拋射初速度對(duì)射程產(chǎn)生的影響

用自制彈簧發(fā)射器發(fā)射小橡膠球，橡膠球做斜拋運(yùn)動(dòng)，研究拋射角和拋射初速度對(duì)射程產(chǎn)生的影響。通過(guò)研究可知在理想狀況下，拋點(diǎn)與落地點(diǎn)在同一水平面的情況下，投擲的最佳仰角為45°，此時(shí)射程最遠(yuǎn)。如考慮人的身高，拋出點(diǎn)與落地點(diǎn)不在同一水平面上，此時(shí)投擲的最佳仰角比45°稍小。同學(xué)們還可以把這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論用到實(shí)際的投擲鉛球中。這是一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際的好例子，通過(guò)這個(gè)微型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受到物理是跟日常生活密切相關(guān)的，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

4 把微型實(shí)驗(yàn)用于習(xí)題，突破難點(diǎn)

解題中許多難點(diǎn)的形成，往往都是由于學(xué)生缺乏實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，缺乏感性認(rèn)識(shí)，不能在腦海中建立清晰的物理圖像，造成分析、判斷錯(cuò)誤。在教學(xué)中如果將實(shí)驗(yàn)引進(jìn)到習(xí)題課中，可提高習(xí)題教學(xué)的效率。

圖5

如在研究力是否做功時(shí)，有這樣一道題：如圖5所示，以輕繩OA和AB連接著兩小球A和B，O端固定在天花板上，把兩球由圖5所示位置同時(shí)從靜止釋放，繩開(kāi)始時(shí)拉直，在兩球向左下擺動(dòng)過(guò)程中，AB繩對(duì)A球是否做功？這時(shí)有的同學(xué)認(rèn)為在擺動(dòng)過(guò)程中，A、B兩球的角速度相同，所以AB繩對(duì)A球沒(méi)有做功；有的同學(xué)認(rèn)為A、B兩球的角速度不相同，所以AB繩對(duì)A球做功。正當(dāng)學(xué)生爭(zhēng)論不休時(shí)，教師因勢(shì)利導(dǎo)，用兩小球按照?qǐng)D5做演示實(shí)驗(yàn)，以做出驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)8:讓學(xué)生觀察在擺動(dòng)過(guò)程中A、B兩球的角速度是否相同

觀察后有些學(xué)生傻眼了，原來(lái)A、B兩球在擺動(dòng)過(guò)程中的角速度不相同，也就是AB繩給A的作用力與A球的運(yùn)動(dòng)速度不垂直，即AB繩對(duì)A球做功。這樣使學(xué)生對(duì)抽象的問(wèn)題有了較直觀的認(rèn)識(shí)，消除了疑點(diǎn)，解決了問(wèn)題，加深了理解和記憶，以后遇到這種題型，不會(huì)再認(rèn)為AB繩對(duì)A、B球不做功，因認(rèn)為A、B球在擺動(dòng)的過(guò)程中機(jī)械能守恒，而盲目地套用結(jié)論了。

5 開(kāi)發(fā)微型實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)教學(xué)效果

由以上的分析得知，物理微型實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、思維能力，從實(shí)踐中科學(xué)地理解原理，總結(jié)規(guī)律，起到了事半功倍的效果。因此教師在實(shí)踐的教學(xué)過(guò)程中一定要重視微型實(shí)驗(yàn)。筆者結(jié)合高中物理必修2的內(nèi)容，提出關(guān)于微型實(shí)驗(yàn)的建議，以便在教學(xué)中充分發(fā)揮物理微型實(shí)驗(yàn)的作用。

實(shí)驗(yàn)9:對(duì)物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

圖6

在高中物理必修2“實(shí)踐與拓展”中有個(gè)探究物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件的微型實(shí)驗(yàn)。但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)在水平桌面上進(jìn)行，不便于學(xué)生觀察。為此，將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如下：裝置如圖6所示，圖中A為加適當(dāng)配重的空心鐵球(密度約1.1×103kg/m3)，B為磁鐵，C為有機(jī)玻璃缸，D為標(biāo)志線。演示時(shí)按事先確定的位置，將小球放入水中，讓其下沉，在側(cè)壁沒(méi)有放磁鐵時(shí)，小球沿標(biāo)志線做直線運(yùn)動(dòng)。若側(cè)壁放上磁鐵時(shí)，小球就發(fā)生偏離，而做曲線運(yùn)動(dòng)。改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易做，可見(jiàn)度高。

實(shí)驗(yàn)10:曲線運(yùn)動(dòng)的方向

在高中物理必修2教材中對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)的方向的知識(shí)用幾幅彩圖來(lái)描述。其實(shí)可以通過(guò)生動(dòng)的微型實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行教學(xué)，下面幾個(gè)方案可供選擇。

方案1：利用自制的小陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)飛濺的紅墨水徑跡顯示曲線運(yùn)動(dòng)的方向。

方案2：將一根線的中段拴死在鋁鍋蓋的中心圓鈕上，再將兩側(cè)的線并攏，按順時(shí)針(或者逆時(shí)針)方向在圓鈕上繞若干圈，然后使線的兩端分別從左右側(cè)引出。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，把鍋蓋放在桌面上，且使圓鈕與桌面接觸，再往鍋蓋內(nèi)倒少量水。如圖7所示，用雙手拉線的兩端，對(duì)鍋蓋施加一個(gè)力偶的作用，使鍋蓋旋轉(zhuǎn)起來(lái)。隨著旋轉(zhuǎn)加速，鍋蓋上的水就從圓周拋出，灑在桌面上。從灑出的水跡可以看出，水滴是沿著鍋蓋圓周各點(diǎn)的切線方向飛出的。

圖7

可見(jiàn)，充分利用物理微型實(shí)驗(yàn)，積極創(chuàng)設(shè)直觀、生動(dòng)、有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手和操作能力，充分挖掘?qū)W生的潛能，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”的轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)素質(zhì)教育的精神。

[1] 于永建.談高中物理新教材中的小實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].太原科技,2003,(3).

[2] 賀文毅.淺談小實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].雁北師范學(xué)院學(xué)報(bào),2001,(6).