初中物理低成本實驗開發與應用的實踐與思考

唐修虎

(鹽城市明達中學 江蘇 鹽城 224002)

為滿足快速發展的課程改革需要，在實驗器材方面急需作出努力.在數量上補充器材不足，在功能上改進與完善，開發新實驗填補實驗空白，這成為廣大教師與實驗室工作人員迫切需要解決的問題.而解決這一問題的有效捷徑就是開發低成本實驗.

1 低成本實驗開發與應用實例

1.1 實驗的替代與改進

1.1.1 探究運動物體動能大小的影響因素

課本實驗設計：將小車從斜面上釋放，撞擊水平面上木塊.通過觀察木塊被推動的距離遠近來推知撞擊前運動小車的動能大小[蘇科版《物理》九(上)].該實驗的難點在于探究小車的動能與其質量關系時，要在改變小車質量的同時，控制小車在撞擊前的速度相同.課本上提供的“信息快遞”是“不同質量的小車從斜面同一高度釋放，到達水平面上的初速度相同”.但學生沒有相關感性認識，故而對此難以理解.如能用實驗展現出，則該難點迎刃而解.

改進方案：用實驗室配備的盒裝金屬圓柱體代替小車，用長方塊玻璃做成斜面，將外形相同的銅、鐵兩個圓柱體(不同質量),用直尺擋在玻璃鈄面的同一高度處，同時釋放，發現兩者同時滾到水平面上.這表明兩者到達水平面的初速度相同.實驗時用泡沫塑料塊代替木塊，這樣被推動得既遠又醒目.該實驗在器材選擇上，利用了盒裝銅鐵鋁三個圓柱體，同外形同體積不同質量，使變量控制更精確，又能進一步強化學生對銅鐵鋁密度差別的感性認識.

實驗現象顯著，尤其是實現了對實驗難點的突破.后續反饋檢測表明，學生掌握得很好.

1.1.2 探究物體重力勢能大小的影響因素

課本上的實驗設計是采用模擬“打樁”的辦法：將質量不同的木塊從不同高度釋放,去撞擊位于沙坑內的小凳.通過觀察凳腿被打入沙內的深度來推知被舉高的木塊重力勢能的大小.該設計器材準備較麻煩，操作不便，前后被打入沙內的深度比較起來存在困難，且因木塊落下時“沒準”，常砸偏，極易砸壞器材.

實驗改進:裝置如圖1所示.用透明塑料片卷成圓筒并用透明膠帶纏繞定形.實驗時，將外形相同內徑略小于塑料圓筒的銅、鋁圓柱體從同樣高的兩個圓筒的上口沿筒內釋放(不同質量、同一高度)，撞擊下方的牙簽；取其中的一金屬圓柱體從較低的圓筒口釋放(同質量、不同高度)，撞擊下方的牙簽.比較三支牙簽被打入泡沫塊中的深度，確定釋放前重力勢能的大小.實驗取材方便，效果顯著，一目了然，課堂上學生反映熱烈.

圖1

1.2 填補實驗空白

1.2.1 靜電除塵演示裝置

靜電的典型應用之一是靜電除塵.靜電除塵技術廣泛應用于現代工業生產中，在治理粉塵污染中，其技術成熟、效果顯著.而在物理教學中沒有理想的實驗與之配合.筆者利用日常材料制作的“靜電除塵演示實驗裝置”能有效地滿足教學要求.

制作:如圖2所示.取無色透明雪碧瓶，用電烙鐵割去瓶底，在瓶身頂部用電烙鐵烙上幾個洞，作為煙囪口.取一更大的雪碧瓶，用電烙鐵割下底部，將割下的大雪碧瓶底部倒置于小瓶底，用自行車輻條將兩者固定.在大雪碧瓶底部和側壁上烙上幾個洞.上部的洞作出煙口，下部孔作進氣口.用銅絲或用易拉罐剪成的薄條在瓶外壁上繞幾圈并留下它的一端作接線柱，再用透明膠布將它們固定在瓶外壁.

實驗時，將蚊香點燃、放于桌面，將裝置罩在蚊香上方，將接線柱1、2分別與靜電起電機的兩極相連.當蚊香煙從“煙囪口”縷縷冒出時，啟動靜電起電機，只見煙霧彌漫的“煙囪”內立即變得潔凈透明——靜電除塵.

圖2

1.2.2 汽油機做功沖程演示裝置

圖3

實驗時，用注射器吸取少量酒精，向瓶內滴入0.5ml，塞上橡皮塞，晃動瓶使酒精充分揮發.此時瓶內彌漫著酒精與空氣混合氣體，相當于四沖程汽油機完成吸氣沖程.

壓動打火機，只見瓶內氣體立刻燃燒，伴著一聲巨響，帶著火光的燃氣將塞子“叭”地擊出.實驗效果非常明顯.真實再現汽油機在做功沖程中的聲、光與力，學生印象深刻.此時，教師可適時拓展提問：“在加油站內都貼有一些警示語，你能說出幾條？為什么？”借此，學生可深刻理解加油站張貼的警示語“嚴禁煙火”的意義.使學生提高安全意識,同時告誡學生，此實驗不能盲目模仿.

此實驗在夜晚或黑暗背景下演示，效果更好.為安全考慮，所用瓶容積不能過大，滴入酒精量不能多，塞子不能塞得太緊，點火時，瓶口不能對著師生.在裝置上，可進一步改進，將打火機的燃料利用輸液器的塑料細管通過針頭導入瓶內，做成了專用演示裝置.

2 低成本實驗開發與應用的意義

低成本實驗的開發與應用，既可有效彌補教學所需，又具有現成實驗器材所難以承載的獨特的教育價值，取材方便、成本低廉,制作簡便、動手動腦,參與互動、接近生活，啟發思維、培養能力等諸多意義.正如南京師范大學劉炳升教授所說：“成本比較低廉，吸引學生參與、給學生更多動手動腦機會，有利于滲透創造性的教育”、“體現教育現代化的思想精髓”.