改進(jìn)的三個(gè)課本實(shí)驗(yàn)

胡修峰

(江蘇泗陽(yáng)致遠(yuǎn)中學(xué) 江蘇 宿遷 223700)

1 改進(jìn)的“磁體失磁”實(shí)驗(yàn)

高中《物理·選修1-1》中關(guān)于“磁性材料”一節(jié)，提到“磁體受到高溫后會(huì)失去磁性”.此外，書(shū)上還介紹：各種鐵磁性材料都有一特定的溫度，稱為居里點(diǎn)，當(dāng)其工作溫度高于居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁性材料的鐵磁性就會(huì)完全消失而轉(zhuǎn)化為順磁性.這些知識(shí)點(diǎn)，不是高考重點(diǎn)，所以很多教師在處理這節(jié)內(nèi)容時(shí)，都一帶而過(guò).盡管這節(jié)知識(shí)點(diǎn)對(duì)于高考并不重要，但筆者認(rèn)為它是提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的好機(jī)會(huì).于是，在教學(xué)中，筆者“小題大做”,一是列舉了電飯煲就是利用鐵磁性材料中鐵氧體的居里點(diǎn)較低來(lái)實(shí)現(xiàn)磁性的有無(wú)，從而實(shí)現(xiàn)電源的通斷；二是自制了既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的“磁體受高溫而失磁”的演示裝置，如圖1所示.其做法如下：電飯煲的磁控開(kāi)關(guān)一個(gè)，取下其中的兩塊鐵氧體磁鐵，一塊固定，一塊用彈簧拉住.當(dāng)用酒精燈對(duì)磁體加熱到103℃時(shí)，磁體失磁.上面的磁體在彈力作用下與下面固定的小磁體分開(kāi)，如圖2.這實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了磁體受到高溫后會(huì)失去磁性.

圖1 圖2

2 改進(jìn)“運(yùn)動(dòng)的合成與分解” 實(shí)驗(yàn)

高中《物理》第2冊(cè)“運(yùn)動(dòng)的合成和分解”一節(jié)，用蠟塊在裝滿水的倒置長(zhǎng)玻璃管中的運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性和等時(shí)性.許多教師利用制作的教具對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn);還有教師對(duì)操作方法進(jìn)行了改進(jìn)，均取得了不錯(cuò)的效果. 可以看出，大家對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是很重視的，也說(shuō)明這個(gè)實(shí)驗(yàn)的重要性. 但是，這些改進(jìn)并沒(méi)有改變實(shí)驗(yàn)的“演示”性質(zhì)，學(xué)生沒(méi)有親身體會(huì). 筆者受“小船渡河”問(wèn)題的啟發(fā)，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì).

實(shí)驗(yàn)器材：筆，白紙，直尺.

實(shí)驗(yàn)原理：筆尖的運(yùn)動(dòng)可以看成沿直尺向下運(yùn)動(dòng)和相對(duì)紙運(yùn)動(dòng)方向的反方向運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng).

實(shí)驗(yàn)方法:

(1)同桌的兩位學(xué)生互相配合，學(xué)生甲拿著一支筆和一把直尺，學(xué)生乙拿著一張白紙.

(2)在白紙上找一點(diǎn)，記為O.把紙放在桌上，直尺輕輕壓在上邊，保證紙能從直尺下面拉出.學(xué)生甲只把筆按住，不動(dòng);學(xué)生乙水平勻速拉出白紙.

(3)重新調(diào)整位置，仍然把筆放在O點(diǎn).這次學(xué)生乙沿水平方向勻速拉出白紙的同時(shí)，學(xué)生甲用筆沿直尺向下勻速畫(huà)線.

注意事項(xiàng)：做好準(zhǔn)備后，把眼睛閉上再劃線(拉紙).可以事先預(yù)演幾次，相互間配合要默契.

問(wèn)題討論：如果學(xué)生乙不拉紙，學(xué)生甲向下劃線，得到的圖形是怎樣的?如果學(xué)生甲只把筆按住，不向下劃，學(xué)生乙水平拉出白紙，得到的圖形是怎樣的?兩個(gè)學(xué)生同時(shí)動(dòng)作，得到的圖形又是怎么樣的呢?為什么?

幾點(diǎn)說(shuō)明：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果不把眼睛閉上，實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)不自覺(jué)地調(diào)整動(dòng)作的快慢，反而不容易成功.另一方面，要求學(xué)生閉起眼睛還是為了說(shuō)明兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)具有獨(dú)立性這一點(diǎn).學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，不一定能保證勻速，得到的就不是直線.這其實(shí)也沒(méi)關(guān)系，可以引導(dǎo)學(xué)生分析其中的原因. 如果條件允許，可以讓兩個(gè)學(xué)生上臺(tái)表演，用錄像機(jī)把過(guò)程投影到大屏幕，讓其他學(xué)生觀察，很容易得出結(jié)論.

這樣設(shè)計(jì)，演示實(shí)驗(yàn)變成了分組探究實(shí)驗(yàn)，所用的器材也不需要特別準(zhǔn)備.學(xué)生在做中學(xué)，可以深切體會(huì)到運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性、等時(shí)性、矢量性等知識(shí)要點(diǎn)，對(duì)學(xué)生理解“小船渡河”問(wèn)題很有幫助.如果把這個(gè)實(shí)驗(yàn)改一下，讓一位學(xué)生勻加速動(dòng)作，得到的圖形將是拋物線，可以為平拋運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ).

3 改進(jìn)的“平拋運(yùn)動(dòng)”演示實(shí)驗(yàn)

在高一物理課本《必修2》(普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)，人教版)“拋體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”一節(jié)中有一個(gè)演示實(shí)驗(yàn).

圖3

如圖3所示，用一小錘擊打彈性金屬片后，A球沿水平方向拋出，同時(shí)B球被松開(kāi)，自由下落，A,B球同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，觀察兩球哪個(gè)先著地.這一實(shí)驗(yàn)是用來(lái)說(shuō)明平拋的A球運(yùn)動(dòng)的豎直分量為自由落體運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要確定A,B兩球是否同時(shí)落地；是則實(shí)驗(yàn)成功，否則實(shí)驗(yàn)失敗.實(shí)驗(yàn)設(shè)置的目的是讓實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)眼睛觀察小球是否同時(shí)落地,或通過(guò)聽(tīng)兩球落地的聲音來(lái)判斷.但由于小球處于運(yùn)動(dòng)中且速度很快，用眼睛來(lái)觀察小球落地時(shí)的狀態(tài)很困難.而小球落地的瞬間會(huì)快速反彈幾次，通過(guò)耳朵聽(tīng)小球落地的聲音判斷兩球是否同時(shí)落地幾乎不可能.但教材及教參中都是這樣設(shè)置的.

圖4

圖5

筆者認(rèn)為只要對(duì)實(shí)驗(yàn)作一些小小的改進(jìn)，就會(huì)很清楚地觀察到同時(shí)落地這一結(jié)果而不會(huì)產(chǎn)生歧義.將裝置改為圖4所示，在原裝置的基礎(chǔ)上引進(jìn)兩個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管(LED).在小球落地的位置各裝上一對(duì)薄銅片(處在上方的銅片稍微大些)，并將其作為兩發(fā)光二極管(LED)的電路開(kāi)關(guān)，電路如圖5所示.當(dāng)兩球落下時(shí)分別打擊兩處的銅片，使上方的銅片與下面的銅片接觸，兩電路同時(shí)被接通，兩發(fā)光二極管(LED)同時(shí)發(fā)光.這一現(xiàn)象很好地說(shuō)明了兩球同時(shí)落地這一結(jié)果.從而非常直觀且明顯地證明了A球在豎直方向與B球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全相同，即自由落體運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)裝置中可將兩燈裝在一起以便于學(xué)生觀察，為了使小球準(zhǔn)確地落在銅片上，可將小錘柄固定在一點(diǎn)O，使小錘能繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng).在適當(dāng)?shù)奈恢霉潭ㄒ欢ㄎ凰ǎ剐″N每次都從同樣的高度擺下來(lái)，保證每次的擊打力度相等，從而保證A球能準(zhǔn)確地打到銅片上.