蠟燭在初中物理演示實(shí)驗(yàn)中的妙用案例探析

黃東梅

教學(xué)中要改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念，通過(guò)全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的觀察能力、探究能力和創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)于有些物理知識(shí)，教師應(yīng)將課堂演示實(shí)驗(yàn)與生活緊密聯(lián)系，使其變得豐富有趣，又可以讓學(xué)生在家自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，讓物理能夠真正地融入學(xué)生的日常生活。本文從生活中常見(jiàn)的小物品——蠟燭為例，探討如何利用蠟燭巧妙的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.探究水比熱容大的特點(diǎn)——用蠟燭燒不破氣球

比熱容是初中階段一個(gè)極為抽象的概念，對(duì)于初中學(xué)生的認(rèn)知水平來(lái)說(shuō)較難理解。課本用質(zhì)量相同的水和油做實(shí)驗(yàn)，先用天平稱出質(zhì)量相同的水和油，再用規(guī)格相同的電加熱器加熱，此實(shí)驗(yàn)器材多、操作難、步驟煩，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，可視性不高。如果把實(shí)驗(yàn)改為只用蠟燭和氣球就變得操作簡(jiǎn)單和方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯，可視性又高。

將兩個(gè)氣球吹成一樣大小，左邊的氣球中用注射器灌入少量水，右邊的氣球中充入空氣。取一支起的橫桿，用細(xì)繩把他們掛起來(lái)。點(diǎn)燃蠟燭，放到氣球的底部。令人驚奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了：右邊的氣球“啪”的一聲立即爆破，而左邊的氣球即使加熱很長(zhǎng)時(shí)間，也會(huì)安然無(wú)恙。事實(shí)是這樣的，當(dāng)蠟燭對(duì)左邊的氣球加熱時(shí)，火焰通過(guò)加熱點(diǎn)附近的氣球皮把熱量傳遞給其中的水，由于水的比熱容較大，吸收一定的熱量時(shí)，溫度的升高較小，因此氣球膠皮不易達(dá)到溶化破裂的程度。而右邊的氣球內(nèi)空氣的質(zhì)量比較小，依靠對(duì)流從加熱點(diǎn)附近帶走的熱量較小，加熱點(diǎn)附近的氣球膠皮受火焰直接加熱，溫度上升很快，因此在氣球內(nèi)氣體壓強(qiáng)作用下，很快達(dá)到氣球破裂的程度。

該實(shí)驗(yàn)采用對(duì)比法，用兩個(gè)氣球作為比較，可用于“比熱”部分的教學(xué)，用精彩的、出人意料的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引入課題，不但激發(fā)學(xué)生的求知欲，更重要的讓學(xué)生學(xué)會(huì)采用“比較”的方法進(jìn)行對(duì)物理知識(shí)的探究和分析。

2.探究聲音傳遞能量——撲滅的蠟燭

器材：蠟燭若干、2只相同的鐵鍋（圓底）、鐵架臺(tái)2只、光具座（帶4～5個(gè)支座）、火柴、田徑比賽用得著發(fā)令槍。

制作及實(shí)驗(yàn)方法：

（1）取兩只鐵鍋和兩只鐵架臺(tái)，分別把鐵鍋裝在鐵架上。使兩鍋在同一高度。

（2）在兩只鍋之間放一光具座，在光具座上放4至5個(gè)支座，調(diào)節(jié)各支座之間的距離，并保證第一個(gè)支座在焦點(diǎn)上。

（3）在各支座上分別放一根蠟燭并調(diào)節(jié)其燭焰的高度，使?fàn)T焰的中心與焦點(diǎn)在同一高度，如圖1所示。

圖1

（4）點(diǎn)燃蠟燭，把發(fā)令槍放在一鍋的焦點(diǎn)上，讓槍口對(duì)準(zhǔn)鍋底。

（5）“啪”，隨著槍響第一根蠟燭熄滅了。

實(shí)驗(yàn)原理：我們知道平行光通過(guò)凹面鏡會(huì)聚成一點(diǎn)，根據(jù)光路可逆，從這點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)凹面鏡反射后將平行射出。而聲音的傳播規(guī)律與光類似。物體的振動(dòng)產(chǎn)生聲音，聲音在傳遞過(guò)程中是以聲波的形式進(jìn)行的。讓發(fā)令槍在其中一個(gè)鐵鍋的中間發(fā)聲，聲音經(jīng)鍋面反射后平行射出，蠟燭的火焰就被空氣的振動(dòng)而撲滅。

3.探究物體密度與溫度的關(guān)系——水中燃燒的蠟燭

在學(xué)習(xí)物體密度與溫度的關(guān)系時(shí)，學(xué)生很難接受物體密度隨溫度的改變而改變，例如一個(gè)勺子在常溫下是勺子，在高溫下還是這種材料，密度怎么會(huì)變呢？如何讓學(xué)生更容易理解并接受這一知識(shí)，根據(jù)心理學(xué)研究，只有當(dāng)學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)充滿積極主動(dòng)的情緒時(shí)，其各種智力因素才能實(shí)現(xiàn)更充分的發(fā)揮。所以，筆者設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)名：水中燃燒的蠟燭

器材：一根蠟燭；一個(gè)杯子；一瓶涼水；一個(gè)鐵夾子。

（1）將蠟燭固定在杯子中并將蠟燭點(diǎn)燃；（2）在杯子中注入適量的水，隨著燃燒，蠟燭熔化后有部分流到水面上并漂浮著；（3）過(guò)一會(huì)兒發(fā)現(xiàn)，盡管水面上的蠟燭已經(jīng)漸漸燃盡，蠟燭周圍由于水的冷卻作用一直沒(méi)有融化，構(gòu)成了一層很薄的外壁，將水和火焰隔離開(kāi)來(lái)，這樣火焰沒(méi)有遇到水就不會(huì)熄滅，而是繼續(xù)燃燒。本實(shí)驗(yàn)探究了物體密度和溫度有關(guān)，蠟燭周圍靠近水的部分不會(huì)融化，而中間的蠟燭不斷向下燃燒，熔化的液體浮在水面上，蠟燭周圍由于水的冷卻作用一直沒(méi)有融化，構(gòu)成了一層很薄的外壁，將水和火焰隔離開(kāi)來(lái)，這樣火焰沒(méi)有遇到水就不會(huì)熄滅，而是繼續(xù)燃燒。

此實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處在于簡(jiǎn)單易操作，顛覆了常理，使物理產(chǎn)生神秘感，激發(fā)學(xué)生好奇心，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，蠟燭的妙用往往有意想不到的效果。

4.探究小孔成像的規(guī)律——蠟燭的像

把一支削得尖且細(xì)的鉛筆，在一張硬紙片的中心部分扎一個(gè)小孔圓圈。小孔的直徑約三毫米，設(shè)法把它直立在桌子上，然后拉上窗簾，使室內(nèi)的光線變暗。點(diǎn)上一支蠟燭，放在靠近小孔的地方。拿一張白紙，把它放在小孔的另一面。這樣，你就會(huì)在白紙上看到一個(gè)倒立的燭焰。我們稱它是蠟燭的像。前后移動(dòng)白紙，瞧瞧燭焰的像有什么變化。當(dāng)白紙離蠟燭比較近的時(shí)候，像小而明亮；當(dāng)白紙慢慢遠(yuǎn)離蠟燭的時(shí)候，像慢慢變大，亮度變暗。

改變小孔的大小，我們?cè)賮?lái)觀察蠟燭的像有哪些變化。你可以在硬紙片上，扎幾個(gè)大小不等、形狀不同的孔，孔與孔之間相距幾厘米。這時(shí)候，在白紙上，就出現(xiàn)了好幾個(gè)和小孔相對(duì)應(yīng)的倒像。它們的大小都一樣，但是清晰程度不同，孔越大，像越不清楚。孔只要夠小，它的形狀無(wú)論是方的、圓的、扁圓的，對(duì)像的清晰程度和像的形狀都沒(méi)有影響。

說(shuō)明：鼓勵(lì)學(xué)生利用自己身邊的器具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓他們多嘗試、多思考，打破書(shū)本的局限，像科學(xué)家一樣思考研究。這樣的課堂探究更為開(kāi)放、靈活，讓學(xué)生真正成為一個(gè)探究者，成為課堂的主體。本小實(shí)驗(yàn)可輔以“光現(xiàn)象”部分的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠有效地有把抽象的物理概念形象化，讓學(xué)生了解物理知識(shí)和日常生活之間的關(guān)聯(lián)性和實(shí)用性，以此培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退仞B(yǎng)。

蠟燭的這些實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，卻給物理教學(xué)增添了許多生機(jī)與活力。只要我們能留心觀察并加以應(yīng)用，就能培養(yǎng)初中學(xué)生對(duì)物理學(xué)的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生課后小制作、小發(fā)明。通過(guò)觀察、測(cè)量、分析、綜合、歸納和演繹等，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手和動(dòng)腦能力，提高他們的創(chuàng)新能力、培養(yǎng)他們創(chuàng)新意識(shí)。

責(zé)任編輯 徐國(guó)堅(jiān)