初中低成本物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬宏源，樸仁善，李 軍，張志宏，王文達(dá)

（1.白城師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院；2.白城市第十四中學(xué)；3.白城市第三中學(xué)，吉林 白城 137000）

0 引言

低成本物理實(shí)驗(yàn)是利用生活中價(jià)格低廉的材料、物品或器具而展開(kāi)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).一方面，它可以以最小的成本，解決地方中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中器材不足的實(shí)際困難，從而滿足在經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要；另一方面，通過(guò)低成本物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，可以激發(fā)中學(xué)生對(duì)物理的興趣，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力［1］.對(duì)于剛接觸物理的初中生來(lái)說(shuō)，很多物理內(nèi)容是十分抽象難懂的，所以只有通過(guò)親自操作實(shí)驗(yàn)并從中獲得物理知識(shí)，學(xué)生的印象才能更加深刻，學(xué)習(xí)興趣才能更加濃厚，動(dòng)手能力才能得到提高.

在初中物理教學(xué)過(guò)程中，教師采用低成本物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作去探究物理知識(shí)，可以充分鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)［2］.

1 低成本光的反射實(shí)驗(yàn)

光的反射雖然是一種司空見(jiàn)慣的自然現(xiàn)象，但要使初中生真正掌握光的反射定律并正確解釋光的鏡面反射、漫反射等光學(xué)現(xiàn)象，僅依賴課堂上教師口頭的講解和黑板上的板書(shū)、板畫(huà)對(duì)于初中階段學(xué)生來(lái)說(shuō)過(guò)于抽象，必須通過(guò)課堂上的實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生認(rèn)真觀察分析，在直接建立對(duì)光的反射現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，再通過(guò)教師的歸納總結(jié)逐步上升到理性認(rèn)識(shí)［3］.根據(jù)新編九年義務(wù)教育2012 年人教版《物理》教材八年級(jí)上冊(cè)中研究光的反射定律的實(shí)驗(yàn)示意圖，依據(jù)教材特點(diǎn)和教學(xué)的需要，設(shè)計(jì)低成本光的反射實(shí)驗(yàn).具體過(guò)程如下：準(zhǔn)備廢棄的紙殼、小鏡、膠水、量角器、直尺和小刀.首先在平板上畫(huà)出一個(gè)半圓，并標(biāo)出相應(yīng)的度數(shù)，用一張廢棄的紙殼做成一個(gè)扁平的紙盒作為底座，然后將長(zhǎng)方形的小鏡子粘貼到紙盒的正中間，并將紙板緊靠小鏡垂直粘貼于底座上.用激光筆緊貼紙板照射小鏡，光就會(huì)沿鏡面反射出去.其經(jīng)鏡面反射出去的光線也會(huì)出現(xiàn)在紙板的另一側(cè).通過(guò)標(biāo)注的度數(shù)測(cè)量得到入射角=反射角.通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)演示，既加深了學(xué)生對(duì)物理學(xué)科學(xué)習(xí)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，牢固地掌握了與光的反射相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)，又培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的愿望.

2 低成本自制驗(yàn)電器驗(yàn)電實(shí)驗(yàn)

帶同種屬性電荷的導(dǎo)體會(huì)發(fā)生排斥，當(dāng)用帶電的導(dǎo)體接觸金屬球，由于金屬球和金屬棒及金屬箔都是導(dǎo)體且依次連接起來(lái)，就好比一個(gè)導(dǎo)線被通上了電，假想一下電荷在金屬棒的尾端也就是兩個(gè)金屬箔的頂端時(shí)，電荷會(huì)由于電勢(shì)差而 “分流” 到兩個(gè)金屬箔，從而使兩個(gè)金屬箔帶電，這樣由前面的同性相斥原理就可以判斷當(dāng)金屬箔分叉時(shí)就說(shuō)明用來(lái)接觸金屬球的導(dǎo)體是帶電的，用這種原理就可以自制驗(yàn)電器來(lái)驗(yàn)證導(dǎo)體是否帶電［4］.準(zhǔn)備以下實(shí)驗(yàn)的材料和用具：透明玻璃瓶一個(gè)、鐵絲一段、錫紙兩片、泡沫一塊、塑料尺子和剪刀一把.首先在泡沫板上剪出玻璃瓶瓶口大小的圓，用來(lái)覆蓋瓶口.然后在剪好的圓形泡沫板圓心處鉆個(gè)小孔，把銅絲穿過(guò)去，并把銅絲彎出鉤狀.最后用剪刀剪下兩小條錫箔紙，每張錫箔紙條上端剪一個(gè)小孔，掛在銅絲的勾上，放回玻璃瓶中.把塑料尺子在頭發(fā)上反復(fù)摩擦，當(dāng)其開(kāi)始吸引頭發(fā)時(shí)，就說(shuō)明帶電了.用尺子接觸自制的驗(yàn)電器上的金屬環(huán)，可以看到，兩張錫紙片張開(kāi)一定的角度，證明梳子帶上了靜電.該實(shí)驗(yàn)要注意操作環(huán)境，一定要在干燥的環(huán)境下才容易成功.還要注意在操作過(guò)程中，手不可接觸到金屬絲，與金屬絲接觸的也一定不能是金屬，否則容易將產(chǎn)生的電荷導(dǎo)走.該低成本自制驗(yàn)電器驗(yàn)電實(shí)驗(yàn)制作簡(jiǎn)單，取材方便，效果明顯.學(xué)生動(dòng)手自制教具，隨堂實(shí)驗(yàn)，既能鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，又能提高學(xué)生的實(shí)際操作水平.

3 低成本潛水艇浮沉實(shí)驗(yàn)

利用笛卡爾的浮沉子原理，通過(guò)改變外部壓強(qiáng)來(lái)改變小瓶子內(nèi)部氣體的體積來(lái)控制沉浮，設(shè)計(jì)潛水艇的浮沉實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)的材料和用具包括大礦泉水瓶、小瓶子、針和水.首先將大礦泉水瓶和小瓶子里分別倒入水，倒入水的高度約為瓶子高度的3/4.注意在加水之前，先確定好水位線，刻畫(huà)好水位線之后，再進(jìn)行注水.小瓶子加水后進(jìn)行密封，再用針在小瓶子的底部扎幾個(gè)孔，最后將小瓶子倒裝入大礦泉水瓶中，擰緊大礦泉水瓶的瓶蓋.當(dāng)用手捏裝有水的大礦泉水瓶時(shí)，放在大礦泉水瓶里的裝有水的小瓶子會(huì)沉在大礦泉水瓶的底部，松開(kāi)手小瓶子就會(huì)浮起來(lái).經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，大礦泉水瓶在受力和復(fù)原后，小瓶子出現(xiàn)上下沉浮的現(xiàn)象，以此說(shuō)明了潛水艇的沉浮原理.本實(shí)驗(yàn)從制作到進(jìn)行實(shí)驗(yàn)再到觀察現(xiàn)象，不僅能夠極大地提升初中生的動(dòng)手能力以及資源的利用率，還能夠起到事半功倍的效果，同樣得到一些高價(jià)材料制作所得到的現(xiàn)象，同時(shí)，還可以循環(huán)利用，達(dá)到低成本、高效益的目的.

4 其他低成本實(shí)驗(yàn)

初中物理教學(xué)中還有許多可設(shè)計(jì)和應(yīng)用的低成本實(shí)驗(yàn).比如聲的傳播實(shí)驗(yàn)，利用舊手機(jī)或者舊鬧鐘用塑料袋密封浸入裝滿水的塑料盆中，學(xué)生在教室中仍然能聽(tīng)到聲音傳出，從而比教科書(shū)更加生動(dòng)地向?qū)W生闡明聲傳播的原理.學(xué)生不僅能更加形象地理解聲傳播的原理，還提高了對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣.在摩擦力的實(shí)驗(yàn)中，用廢舊的木板、空雪碧瓶子、肥皂水和廢舊玻璃板來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn).先將雪碧大桶空瓶注滿水，在其瓶蓋處拴一根廢舊繩子方便拖拽，將裝滿水的瓶子在粗糙的木板上拖拽1 m，然后再將一塊廢舊玻璃潑上肥皂水，將裝滿水的瓶子放在上面拖拽，會(huì)發(fā)現(xiàn)，在光滑的玻璃上面拖拽瓶子會(huì)比在粗糙的木板上更加省力，從而使學(xué)生生動(dòng)直觀地了解摩擦力.設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)并應(yīng)用低成本物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，不僅使初中生體會(huì)到參加實(shí)驗(yàn)的快樂(lè)，更能培養(yǎng)他們?cè)谌粘Ｉ钪星趦€節(jié)約、創(chuàng)新思考的好習(xí)慣［5-7］.

5 結(jié)語(yǔ)

總的說(shuō)來(lái)，初中低成本物理實(shí)驗(yàn)操作大多比較簡(jiǎn)單，初中生可以通過(guò)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且由于實(shí)驗(yàn)成本較低，實(shí)驗(yàn)材料易得，使得學(xué)生在日常生活中也能夠完成相應(yīng)的操作，所以，極大地激發(fā)了學(xué)生的好奇心，提高了動(dòng)手能力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，收到了非常好的教學(xué)效果.因此，中學(xué)物理教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)深入生活，多多尋找適合低成本實(shí)驗(yàn)的生活素材，為初中低成本物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用創(chuàng)造更多的條件.