例談初中物理教科書中應(yīng)關(guān)注的實(shí)驗(yàn)問題

宛玉娣

【摘 要】 《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)義務(wù)教育物理課程的實(shí)驗(yàn)提出了明確的要求。在“內(nèi)容要求”中，凡是用“通過實(shí)驗(yàn)”這一措辭陳述的知識(shí)內(nèi)容，都必須通過實(shí)驗(yàn)來學(xué)習(xí)，這些實(shí)驗(yàn)是必須做的，是標(biāo)準(zhǔn)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的基本要求。本文通過舉例，探討了初中物理教科書中應(yīng)關(guān)注的實(shí)驗(yàn)問題。

【關(guān)鍵詞】 物理實(shí)驗(yàn) 教科書 實(shí)驗(yàn)問題

在平時(shí)的教學(xué)中，我也按照課標(biāo)把能做的實(shí)驗(yàn)盡量去做一遍，對(duì)很多實(shí)驗(yàn)我沒有進(jìn)一步的思考，當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和書本中的描述差不多時(shí)，我就覺得大功告成了。如果有些實(shí)驗(yàn)比較難操作，我不是去想如何改進(jìn)，而是下載一些視頻或動(dòng)畫來代替。結(jié)果在這次培訓(xùn)的過程中，我發(fā)現(xiàn)了一些平時(shí)沒有關(guān)注到的問題。

一、平面鏡成像實(shí)驗(yàn)

問題：實(shí)驗(yàn)中是不是只能用玻璃板代替平面鏡？

解決方案：可以使用平面鏡，但是兩個(gè)物體的高度要高于平面鏡，讓物體露出平面鏡的部分與下面的像合成一個(gè)整體即可。

二、水沸騰實(shí)驗(yàn)（書本所示的裝置圖實(shí)驗(yàn)效果不好）

問題1：需要加熱的時(shí)間很長(zhǎng)。

解決方案：1. 石棉網(wǎng)一定要用舊的；2. 水的初溫在80℃以上；3. 用100ml的小燒杯，裝的水量在60ml左右。

問題2：水的沸點(diǎn)低于100℃。

很多教師以為溫度計(jì)不準(zhǔn)確，或者把這個(gè)問題解釋為大氣壓偏低，其實(shí)大多數(shù)情況下這些都不是主要原因。

沸騰時(shí)水劇烈地汽化需要吸收的熱量很大，而酒精燈燃燒釋放的熱量不足，致使容器內(nèi)中上部分的液體溫度達(dá)不到100℃。把溫度計(jì)插入液體中部測(cè)量水溫通常只有98℃左右，把溫度計(jì)插入液體上部測(cè)量水溫通常只有97℃左右。溫度計(jì)所測(cè)溫度不是沸點(diǎn)。其實(shí)這個(gè)時(shí)候，只要仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，氣泡上升至水面的過程中氣泡體積并不是變大的。所以不能把這個(gè)問題解釋為溫度計(jì)不夠準(zhǔn)確，也不能把這個(gè)問題解釋為氣壓偏低。要改進(jìn)這個(gè)問題需要從減小散熱和提高熱源供熱兩方面著手。

解決方案：可以改用燒瓶觀察水沸騰，通常是100℃，但也有一個(gè)問題，球形燒瓶無法觀察氣泡上升時(shí)大小變化。

三、紅外線的熱效應(yīng)

問題：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很不明顯，根據(jù)教參建議，把溫度計(jì)的玻璃泡涂成黑色進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但效果還是不理想。

解決方案：改進(jìn)“溫度計(jì)”——自制“空氣溫度計(jì)”，使現(xiàn)象放大更明顯。

四、探究杠桿平衡條件

問題：彈簧測(cè)力計(jì)倒置測(cè)量時(shí)，誤差較大。

很多教師采取的是倒過來然后進(jìn)行調(diào)零的方法，我在實(shí)驗(yàn)后覺得此方法還是欠妥當(dāng)。我們來分析一下：將彈簧測(cè)力計(jì)水平放置，彈簧自然伸長(zhǎng)，調(diào)節(jié)刻度板使彈簧的指針指向零刻線O（見下圖1模型），然后將彈簧倒置，用手抓住彈簧測(cè)力計(jì)的外殼，彈簧在拉桿、拉鉤的重力作用下壓縮，指針?biāo)傅奈恢脼镺1，彈簧的形變量為△OO1，再將彈簧測(cè)力計(jì)倒掛在杠桿上，彈簧在外殼的重力作用下被拉伸，指針?biāo)傅奈恢脼镺2，彈簧的形變量為△OO2，在不考慮彈簧自重的情況下，彈簧測(cè)力計(jì)的總重由拉桿、拉鉤、外殼的重力相加，所以△O1O2就等于彈簧測(cè)力計(jì)的總重作用在彈簧上使其伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，如果用手抓住倒置的彈簧測(cè)力計(jì)的外殼，將指針調(diào)為零的話，也就是倒置時(shí)調(diào)節(jié)面板將指針的位置調(diào)為O1，那么彈簧測(cè)力計(jì)倒掛在杠桿上時(shí)它顯示的讀數(shù)就為其自身重力，用這樣的彈簧測(cè)力計(jì)就可以直接測(cè)量杠桿受到的拉力了。

但事實(shí)是彈簧測(cè)力計(jì)里的彈簧不能壓縮只能拉伸，也就是說當(dāng)用手抓外殼使彈簧測(cè)力計(jì)倒置時(shí)，指針的位置應(yīng)該不會(huì)發(fā)生變化，但由于彈簧掛在里面的橫桿上，位置沒有固定死，所以當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)倒置時(shí)指針也會(huì)下移，但已不是由于拉桿、拉鉤的重力使彈簧壓縮下移了。所以只有當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)中的彈簧是既能拉伸又能壓縮的彈簧，并且彈簧掛的位置固定的話，才可以用倒過來調(diào)零的方法調(diào)節(jié)彈簧測(cè)力計(jì)。

解決方案一、采用蘇科版教參中提及的方法，取兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)如圖放置，秤鉤相掛，測(cè)出乙彈簧測(cè)力計(jì)的自重，將乙彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)成自重進(jìn)行測(cè)量。

解決方案二、我們先來分析一下彈簧測(cè)力計(jì)倒置后產(chǎn)生誤差的原因：

彈簧測(cè)力計(jì)中彈簧的受力情況如圖a所示，F(xiàn)為待測(cè)的拉力，G1表示彈簧的自重，G2表示掛鉤和與相連的鋁質(zhì)滑片的重力，G3表示彈簧測(cè)力計(jì)外殼的重力，F(xiàn)，表示手作用在彈簧測(cè)力計(jì)外殼上的拉力。如圖b所示，彈簧測(cè)力計(jì)靜止時(shí)，這些力的關(guān)系為：

F-G1-G2=F'+G3

如果不計(jì)彈簧的自重G1和掛鉤的自重G2，彈簧的伸長(zhǎng)是由拉力F決定的，彈簧測(cè)力計(jì)外殼的自重影響手拿外殼的力，但不影響彈簧的伸長(zhǎng)，即F=K？駐x?？紤]到彈簧的自重G1和掛鉤的自重G2，彈簧的伸長(zhǎng)是由F-（G1+G2）決定的，因此F-（G1+G2）=K？駐x，可見彈簧測(cè)力計(jì)倒置時(shí)測(cè)得的拉力要小一些，其相對(duì)誤差為

，分析上式，對(duì)于一般的彈簧測(cè)力計(jì)G1+G2大約為0.1N，如果待測(cè)拉力大于2N，那么測(cè)量的相對(duì)誤差小于5%。所以我們可以多掛些鉤碼及讓力臂大一些，以減小誤差。

解決方案三、彈簧測(cè)力計(jì)懸掛點(diǎn)與鉤碼懸掛點(diǎn)在同側(cè)。

解決方案四、將調(diào)好零的彈簧測(cè)力計(jì)正著掛在杠桿上，這一側(cè)的讀數(shù)是彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)與它自重相加。

總之，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)課是提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、提高物理課教學(xué)有效性必不可少的重要手段。對(duì)于初中物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)而言，無論教學(xué)思想如何更新，教學(xué)內(nèi)容如何變化，教學(xué)方式如何改進(jìn)，我們都應(yīng)關(guān)注初中物理教科書中的實(shí)驗(yàn)問題，其最終目的都必須指向教學(xué)的有效化，從某種意義上說，“有效教學(xué)”可以稱得上是初中物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的“永恒主題”。