關(guān)于高中物理實(shí)驗(yàn)加熱裝置改進(jìn)的幾點(diǎn)看法

摘 要：高中物理實(shí)驗(yàn)加熱裝置的改進(jìn)是一個(gè)同時(shí)具有一定深度和廣度的研究課題，需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)實(shí)踐中積極探索，深入思考，并善于總結(jié)，本文結(jié)合筆者平時(shí)的學(xué)習(xí)體會(huì)提出了幾點(diǎn)高中物理實(shí)驗(yàn)加熱裝置改進(jìn)的原則，并以“金屬電阻率隨溫度變化實(shí)驗(yàn)”中酒精燈的改進(jìn)為例進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望對(duì)讀者有所助益。

關(guān)鍵詞：高中物理實(shí)驗(yàn);加熱裝置;改進(jìn);酒精燈

高中物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要組成部分，隨著近幾年新課標(biāo)理念的持續(xù)深入落實(shí)，物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新也日漸引發(fā)熱議。在本文中，筆者僅結(jié)合自身學(xué)習(xí)體會(huì)，就高中物理加熱裝置的改進(jìn)談幾點(diǎn)看法，希望對(duì)讀者有所助益。

一、 加熱裝置改進(jìn)的主要原則

高中階段實(shí)驗(yàn)的加熱裝置一般為酒精燈加熱和水浴加熱兩大類，其中又以前者比較常見。通常情況下需要對(duì)加熱裝置進(jìn)行改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，往往并非是加熱裝置本身的原因，而是由于采用其他加熱方式可以取得更優(yōu)的實(shí)驗(yàn)效果，或者是能夠使操作更為簡(jiǎn)單，或者是更利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，提高實(shí)驗(yàn)成功率，也或者是可以節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間、減小實(shí)驗(yàn)誤差。這些都需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)情況具體分析，以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果為側(cè)重點(diǎn)。這可以說是實(shí)驗(yàn)加熱裝置改進(jìn)的核心原則，除此之外，加熱裝置的改進(jìn)也與其他物理儀器或器材的改進(jìn)一樣，還遵循以下幾個(gè)一般性原則：

首先是科學(xué)性原則，即改進(jìn)裝置后能夠保證或提升實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)原理及操作流程均符合客觀實(shí)際，實(shí)驗(yàn)組織和安排上也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，從而便于學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析中獲得正確的概念、學(xué)會(huì)重要的方法?？茖W(xué)性可以說裝置改進(jìn)的最基本的要求。

其次是簡(jiǎn)易性原則，即取材簡(jiǎn)單，操作方便，并且能夠使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)更突出。對(duì)此，物理學(xué)家麥克斯韋曾有過著名論述：“一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)需要的材料和器材越簡(jiǎn)單，學(xué)生就越感到親切，越想徹底地獲得所驗(yàn)證的結(jié)果，并且也能夠相對(duì)容易地獲得理想結(jié)果。這種實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值往往與儀器的復(fù)雜程度成反比。”

再次是穩(wěn)定性原則，即采用裝置后能夠使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象穩(wěn)定，以便于我們觀察分析并最終得出結(jié)論。實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性越高，學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)和方法的效率就越高，反之則容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生疑惑，對(duì)知識(shí)的最終內(nèi)化產(chǎn)生不良影響?？紤]到加熱過程是一個(gè)漸進(jìn)的過程，因此在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)加熱裝置時(shí)就更應(yīng)充分地考慮實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性。

最后是低成本原則，即不論哪種實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)都應(yīng)力求向低成本的方向發(fā)展。盡可能就地取材，從日常生活中找到實(shí)用而成本低廉的材料。對(duì)于功效相對(duì)單純的加熱裝置而言更是如此。這樣既能避免不必要的浪費(fèi)，同時(shí)也能避免高成本復(fù)雜裝置分散學(xué)生的注意力，以至于對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與分析帶來干擾。

二、 例談高中物理實(shí)驗(yàn)加熱裝置的改進(jìn)

這里以“金屬電阻率隨溫度變化實(shí)驗(yàn)”為例來進(jìn)行論述，因該例簡(jiǎn)單而又典型，能夠較好地體現(xiàn)上述所論原則。這一實(shí)驗(yàn)在學(xué)習(xí)高中物理第二冊(cè)必修“電阻定律”時(shí)常有老師帶領(lǐng)學(xué)生做，主要是為了驗(yàn)證“各種材料的電阻率都隨溫度變化，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大”這一知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生通過直觀的實(shí)驗(yàn)展示而加深印象，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。這一實(shí)驗(yàn)需要用到酒精燈加熱，但筆者在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)這種方式存在一定不足，因此需要適當(dāng)?shù)丶右愿倪M(jìn)。為了能充分展現(xiàn)改進(jìn)前后的對(duì)比效果，我們先來看一下原來的實(shí)驗(yàn)：將一根直徑0.3mm、長(zhǎng)約0.1m、阻值在1～2Ω之間的細(xì)鐵絲繞城螺旋狀R，然后將其與一個(gè)2.5V小燈泡L、兩節(jié)1.5V的干電池連接成串聯(lián)電路。然后用酒精燈加熱R，以驗(yàn)證“金屬的電阻率隨溫度的升高而增大”。

但在實(shí)驗(yàn)過程中筆者發(fā)現(xiàn)，由于酒精燈容易被風(fēng)吹滅，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中斷，不易一次成功，更為重要的是，酒精燈往往加熱過快，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象短暫，觀察不明顯，實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性不高。針對(duì)這種不足，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)加熱裝置進(jìn)行了如下改進(jìn)：用水浴加熱法代替酒精燈加熱，具體取三個(gè)大小適中的燒杯A、B、C，分別注滿涼白開、50℃熱水以及沸水，連接好電路后，依次將三個(gè)燒杯移近R，使用燒杯中的水將其淹沒，時(shí)間均為3分鐘（淹沒時(shí)間不能過長(zhǎng)或過短，要保證在水溫降低之前R被加熱到與水溫大致相當(dāng)?shù)臏囟?，?jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，3分鐘是比較合適的）。然后觀察到以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)燒杯A的涼白開浸泡R時(shí)，小燈泡L的亮度最高;當(dāng)燒杯B的50℃熱水浸泡R時(shí)，小燈泡L的亮度次之;當(dāng)燒杯C的涼白開浸泡R時(shí)，小燈泡L的亮度最低。這就很好地驗(yàn)證了“金屬的電阻率隨溫度的升高而增大”。

通過以上的論述不難看出，改進(jìn)后的水浴加熱方式要優(yōu)于原來的酒精燈加熱。首先，水的溫度在一定時(shí)間段內(nèi)時(shí)保持穩(wěn)定的，不存在酒精燈熄滅導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)間拉著的問題;其次，用三個(gè)燒杯裝三種不同溫度的水，加熱程度上分了層次，從而避免了酒精燈加熱過快導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象短暫的問題，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為明顯而易于觀察，這就很好地提升了實(shí)驗(yàn)效果，提升了實(shí)驗(yàn)成功率?？梢?，對(duì)該實(shí)驗(yàn)加熱裝置的改進(jìn)是符合上文中所說的核心原則的，即“結(jié)合實(shí)驗(yàn)情況具體分析，以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果為側(cè)重點(diǎn)”，同時(shí)也不難看出，水浴加熱法的也符合科學(xué)性、簡(jiǎn)易性、穩(wěn)定性和低成本原則。這也是筆者選取此案例的主要原因。

三、 結(jié)語

綜上所述，筆者結(jié)合平時(shí)的學(xué)習(xí)體會(huì)提出了幾點(diǎn)高中物理實(shí)驗(yàn)加熱裝置改進(jìn)的原則，并以“金屬電阻率隨溫度變化實(shí)驗(yàn)”中酒精燈的改進(jìn)為例進(jìn)行了詳細(xì)論述。事實(shí)上，高中物理實(shí)驗(yàn)加熱裝置的改進(jìn)是一個(gè)同時(shí)具有一定深度和廣度的研究課題，需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)實(shí)踐中積極探索，深入思考，并善于總結(jié)。本文拋磚引玉，尚盼有識(shí)者不吝指教。

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