發揮定性實驗在習題教學中的作用＊

薛義榮

（揚州新華中學 江蘇 揚州 225009）

1 定性實驗對概念性習題錯誤判斷起著糾正作用

物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象［1］．因此物理概念的抽象性，決定著學生對概念性習題容易犯錯．但借助于定性實驗，會對這些概念性習題的錯誤判斷起到糾正作用．

圖1

【例1】將一玻璃瓶裝水后封閉，放在水平桌面上，在瓶的中部有一個氣泡處于靜止狀態，如圖1所示．現突然用力將瓶子向前推動一下，則可看到氣泡相對瓶子的運動情況是

A．不動 B．向前

C．向后 D．無法確定

評析：學生只有理解概念，才能正確應用概念．直觀材料是形成概念的基礎，因此，在教學中要借助于直觀材料，比如定性實驗，來啟發學生的思維，從感性認識上升到理性認識，幫助學生理解概念．本題所需實驗器材比較簡單，一個帶蓋的礦泉水瓶即可．在學生思考分析的基礎上，教師可當場演示，幫助學生辨別對錯．實驗現象不僅可以糾正錯誤的判斷，還會加深學生對“慣性”概念的全面理解．首先，一切物體都有慣性，不僅僅固體、液體有慣性，氣體也有；其次“慣性”是物體保持原有靜止或勻速直線運動狀態的性質，不是力；再次，質量是物體慣性大小的量度．由于氣泡的質量遠小于瓶中水的質量，因此瓶中氣泡的慣性比水的慣性小，即水比氣泡保持原有靜止狀態的本領大．所以當突然用力將瓶子向前推動時，可看到氣泡相對瓶子向前運動．答案為B．

2 定性實驗對規律性習題正確理解起突破作用

通過必要的習題訓練，學生對物理規律才能真正理解．在習題課中，適當插入一些定性實驗，會對規律的理解達到事半功倍的效果．比如，“超重 失重”這節課，要求學生正確理解超重、失重是物體對支撐物的壓力或物體對懸掛物的拉力發生變化，物體的實際重力并沒有改變．并且當物體處于完全失重狀態時，一切與重力相關的現象隨之消失．這個規律運用牛頓第二定律，通過理論推導可以得出．但學生已有錯誤的生活經驗，會對規律的理解產生干擾或負遷移作用．為此，我們可以在彈簧秤下掛一重物，讓彈簧秤上下運動，會發現彈簧秤的示數跟著發生變化，說明在超重、失重狀態下拉力大小發生改變．我們也可以借助于圖2裝置進行演示．當手抓住側壁有孔且裝滿水的礦泉水瓶時，水會流淌出來，但松開手后水不再流出，從而證明完全失重狀態下，與重物相關的現象消失．在此基礎上還可以進一步地問學生，將圖2（a）中的礦泉水瓶向空中拋出，水會流淌出來嗎？相信學生在剛才定性實驗演示的基礎上，會作出正確解答．

圖2

【例2】（2009年高考浙江物理卷第22題）某同學從標稱為“220 V，25 W”，“220 V，300 W”，“220 V，500 W”的3只燈泡中任選一只，正確使用多用電表測量燈泡阻值，如圖3所示．該燈泡的阻值是______Ω，標稱的額定功率為______W．

圖3

評析：第一問容易解決；示數16乘以倍率10，等于160Ω．關鍵是第二問，不少同學錯誤地選擇300 W，因為他們認為．但忽視了一個常識，銘牌所標的數值是燈泡正常工作狀態下的數值，而此題的燈泡并沒有接在電路中，所測的阻值是燈泡冷卻狀態下的值．本題考查的不是學生的計算能力，而是金屬的電阻率會隨溫度的升高而增大這一規律．因此在學完“電阻定律”后，可用萬用電表測銘牌為“220 V，40 W”的燈泡的電阻．會發現所測阻值在100Ω左右，不到正常工作狀態下阻值的．這樣學生對金屬絲電阻隨溫度變化的規律會理解的更加透徹．此題應選擇25 W，而不是300 W，這就體現了定性實驗對規律性習題的理解具有突破作用．

3 定性實驗對結論性習題準確建立起驗證作用

習題教學的目的，不是讓學生記住結論，而是通過訓練，加深對概念、規律的理解，提高解決問題的能力．經過推理得出的結論，若配以實驗驗證，不僅可使人感覺物理思維的嚴密，也會從中體驗物理學的完美．如學過碰撞后，再研究一個典型案例．兩個完全相同的彈性小球，一個運動一個靜止，相碰時會交換速度．這個規律運用動量守恒和能量守恒，結合數學知識容易推出．但若借助于圖4裝置演示一下，學生對這種結論性習題會理解的更加深刻．今后遇到兩個完全相同的彈性小球，一個運動一個靜止，發生碰撞后，會自然想到兩者交換速度．

圖4

【例3】M，N是固定在水平面上的兩個光滑的金屬導軌，兩個導體棒ab，cd平行地放在導軌上，如圖5（a）所示．當條形磁鐵從abcd的上方向下運動時，看到的現象是

A．兩個導體棒ab，cd相互靠近

B．兩個導體棒ab，cd相互遠離

C．兩個導體棒ab，cd一起向右運動

D．兩個導體棒ab，cd一起向左運動

圖5

評析：此題的常規解法是作出如圖5（b）所示的示意圖，先根據右手定則判斷出條形磁鐵向下運動時導體棒中產生的感應電流方向，再根據左手定則判斷出兩個導體棒受到的安培力，從而得到兩棒ab，cd相互靠近的結論．其實此題也可根據楞次定律來解．當條形磁鐵向下運動時，若導體棒不動，則穿過abcd閉合回路的磁通量由于磁場的增強而增加，要阻礙其增加，可通過減小閉合回路的面積來實現，因此兩個導體棒ab，cd相互靠近．應該說這種解法要比常規解法快捷的多．但若學生對楞次定律理解不透，尤其不能深刻理解“阻礙”的含義，我們可以借助于圖5（a）裝置演示一下，加以驗證，幫助理解．其實這種事例很多，比如受“同種電荷互相排斥，異種電荷相互吸引；同性磁極相斥，異性磁極相吸”的影響，不少同學認為，同向電流相斥，異向電流相吸．這種錯誤的結論教師可借助于圖6裝置加以論證，而且通過與電荷、磁體間相互作用的對比，更能加深學生對電流間作用力的理解．

圖6

4 定性實驗對探究性習題快速突破起輔助作用

有些習題屬于探究性，可以通過理論分析加以解決，但對其中操作性強的探究題，借助于定性實驗會對該題的快速突破有輔助作用．

【例4】如圖7（a）所示，某電腦愛好者設計了一個“貓捉老鼠”的動畫游戲即在一個邊長為a的大正方體木箱的頂角A處，老鼠從貓的爪中逃出而奔向木箱的另一個頂角M處的鼠洞．若老鼠的奔跑速率恒為v，且只能沿著木箱的棱運動，而貓可以沿木箱的表面運動，則貓應沿怎樣的路線勻速奔跑，方能以最小的速率恰在M處再次捉住老鼠，其最小速率為多少？

評析：設貓的奔跑速率恒為u，經時間t恰與老鼠同時到達M 處，貓沿如圖7（a）所示的奔跑路線APM 捉老鼠，取＝x，由運動學規律可得

消去t得

再通過極值求解．

圖7

也可用紙剪拼成一個立方體“紙箱”，將貓奔跑所涉及的兩個相互垂直的平面展開到同一個平面內，如圖7（b）所示，這樣就將貓在三維空間內選擇最短路線問題轉化為在二維平面上選擇路線問題．顯然當A，P，M三點共線時速率最小．此時

這種定性實驗的方法，明顯要比上面的演繹推理簡便快速得多．

1 閻金鐸，田世昆．中學物理教學概論．北京：高等教育出版社，1999．172

2 王勝利．這道高考試題的額定功率為何不是300 W．中學物理教學參考，2010（3）

3 蔣天林．利用紙的剪、折、拼巧解物理題．中學物理教學參考，2004（9）