對比實驗在物理課堂教學中的應用

對比實驗是以正確的實驗操作和觀察為基礎(chǔ)，以實驗現(xiàn)象為依據(jù)，對實驗過程中通過人為控制所產(chǎn)生的兩個類似現(xiàn)象之間的差異進行對比分析的一種實驗教學過程。在高中物理課堂中應用對比實驗教學，可以培養(yǎng)學生學習興趣，提高學生發(fā)現(xiàn)問題和應用知識解決生活中實際問題的能力，培養(yǎng)學生設(shè)計實驗及動手操作的能力，形成正確的物理概念，深入理解物理規(guī)律。

1 應用對比實驗糾正錯誤認識，形成物理概念

在學習某些物理知識前，由于先入為主和生活經(jīng)驗等原因?qū)W生會形成錯誤認識。為了糾正學生已形成的錯誤認識，建立正確的概念，巧妙恰當?shù)膽脤Ρ葘嶒灂盏胶芎玫慕虒W效果。比如在講授“自由落體運動”時，為了建立正確的自由落體模型，我設(shè)計了以下對比實驗。

例1 先從同一高度由靜止同時釋放一個鐵球和一張紙片，結(jié)果鐵球下落快。學生結(jié)合日常生活的經(jīng)驗就大膽認為，重物下落快。教師追問，這個結(jié)論是否具有普遍性呢？接著做實驗，取兩張相同的紙片，將其中一張用剪刀剪去一半，剩下的一半揉成紙團，再次從同一高度由靜止同時釋放紙團和紙片，結(jié)果觀察到紙團下落快。學生仿照前一個實驗的分析，得出結(jié)論：輕物下落快。

說明 物體下落的快慢與輕重無關(guān)，糾正了“重物下落快”的錯誤的生活經(jīng)驗認識。是什么共同的原因使紙片比鐵球和紙團都下落得慢呢？學生想到：紙片受到空氣的阻力作用比較大。

例2 分別取三個相同深度的量筒A、B、C，并排放在水平桌面上，量筒B和C分別裝上清水和洗潔精配制成的溶液，將三個相同鐵球同時同高度釋放，觀察到鐵球運動的快慢不同。結(jié)果觀察到，A中的小球最快，C中的小球最慢。接著在量筒C里面再做實驗，取形狀和體積都相同的鐵球和塑料球，同時同高度釋放，結(jié)果鐵球運動快。

說明 從A、B、C三個量筒中小球的對比實驗可以得出，阻力對物體的運動有影響，且阻力越大，對運動的影響越大。從C中的鋼球與塑料球?qū)Ρ葘嶒炦M一步得到阻力相對重力越小，對運動的影響就越小，這樣引導學生一步步地形成正確認識。

例3 如果沒有阻力，物體下落的情況會怎樣？自然地引出“牛頓管”實驗，用抽氣機抽走牛頓管中的大部分空氣，里面近似認為是真空狀態(tài)。將管中的羽毛和鐵片同時同高度釋放，結(jié)果觀察到兩者下落一樣快。

說明 通過羽毛和鐵片對比觀察，最后得出關(guān)鍵性的結(jié)論，如果沒有阻力，物體只受重力由靜止開始下落的運動的快慢都是相同的，物理上就把這種運動叫自由落體運動。這樣自由落體運動的概念水到渠成。

2 應用對比實驗進行科學探究，導出物理規(guī)律

為了弄清影響物理事物的內(nèi)外因素與事物本身的關(guān)系，就必須通過實驗對影響物理事物的內(nèi)外因素一一進行探究，比較并加以確定。實驗方法就是進行單因素比較，在實驗中進行只有一個因素不同，其它因素相同的實驗，這就是對比實驗探究法。比如，在講授“安培力 磁感應強度”這一節(jié)時，對于安培力的大小和方向都采用了對比探究的辦法。

例4 利用了安培力演示器（圖1）先進行大小探究。第一步，當通電導線長度和磁場一定，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片改變電流，觀察：指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)角度隨電流增大而增大。第二步，當通電電流和磁場一定，改變導線的長度，分別觀察：指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度隨導線長度的增大而增大。第三步，當通電電流和導線長度一定，更換磁鐵，再次分別觀察：指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的角度不同。

說明 通過對比探究得到，影響安培力大小的因素：磁場、導線長度和通電電流。且磁性越強（磁場越強），電流越大或直導線越長，安培力越大。

例5 利用安培力演示器對安培力的方向進行對比探究。先按照表1實驗序號為1的圖例做實驗，即豎直向下的磁場和水平向里的電流，觀察到現(xiàn)象是受到的安培力的方向水平向左。如果只改變電流的方向做實驗二，發(fā)現(xiàn)受到的安培力的方向也改變，其方向水平向右。如果再改變磁場的方向做實驗三，發(fā)現(xiàn)受到的安培力的方向再次改變，其方向水平向左。

說明 由此分析可知，（1）安培力的方向與磁場方向、電流方向都有關(guān)；（2）當導線垂直放入磁場中，安培力不僅垂直電流的方向也垂直磁場的方向。通過對此實驗探究，順利導出安培力方向的規(guī)律——左手定則。

3 應用對比實驗進行比較驗證，牢記物理規(guī)律

學完物理規(guī)律后，如何熟練識記，留下深刻的印象呢？為了加深印象，強化物理規(guī)律，引入一些簡單有趣的對比實驗進行教學，效果很好。比如講授“靜電屏蔽”時，設(shè)計了三組對比實驗。

例6 將一個有絕緣柄的金屬球先與帶電的法拉第圓筒的外壁接觸，再與驗電器接觸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗電器的金屬箔片張開。然后將一個有絕緣柄的金屬球與帶電的法拉第圓筒的內(nèi)壁接觸，再與驗電器接觸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗電器的金屬箔片沒有張開。

說明 先后的實驗對比得到，法拉第圓筒的外部帶電，而法拉第圓筒的內(nèi)部不帶電。說明處于靜電平衡的導體，凈電荷只分布在導體的外部。

例7 把一條蟲子放在金屬籠的外表面上，蟲子悠然爬行；小白鼠放入金屬籠內(nèi)活蹦亂跳。接著，不停搖動與金屬籠接觸的起電機。觀察發(fā)現(xiàn)，起電機的兩個放電球處火花四濺，蟲子卻停止了爬行，一會兒不得動彈，而小白鼠仍然活蹦亂跳。

說明 引入“外面電閃雷鳴，金屬籠表面上的蟲子命歸西天，里面的白鼠安然無恙”的對比實驗，在學生的大腦里產(chǎn)生了深刻的印象，“凈電荷只分布在靜電平衡導體的外部”這個規(guī)律終身難忘。

例8 將手機A放在桌子上，用手機B撥打，手機A正常接通，發(fā)出美妙的音樂。將手機A放入鐵碗中，并蓋緊鐵蓋，再用手機B撥打，聽到的不是美妙的音樂，仔細聽卻是“您撥打的電話無法接通”。如果揭開鐵蓋，奇跡出現(xiàn)了，手機A又發(fā)出美妙的音樂。

說明 這個對比實驗，可使學生深刻認識到金屬外殼有屏蔽電場的重要作用，也拓展了靜電屏蔽的應用。

（欄目編輯 王柏廬）