例談高中物理實驗的改進

■蘇秀民

例談高中物理實驗的改進

■蘇秀民

10.3969/j.issn.1671-489X.2012.32.106

高中物理很多知識是通過實驗得出的，因此，利用好實驗教學是學好物理的法寶。教材上很多實驗是很難完成的，經過教師的精心設計和改進，能收到很好的演示效果。

新課標背景下的物理課堂要體現學生的自主性學習，其奧秘在于“師生角色的轉換”，變學生的被動學為學生課堂上的主動參與。讓學生親身去經歷知識的形成過程，在歡快的課堂氛圍中學會學習，學以致用。物理本身是一門以實驗為基礎的學科，物理的很多定理或定律來源于實驗，一個物理實驗就是一個物理情景。

物理的很多定理或定律來源于實驗，一個物理實驗就是一個物理情景。

在平時的物理教學中，教師可以把知識還原成生活之中的小實驗，讓學生在生活中體會物理知識。在實驗的過程當中，要讓學生自己探索知識的形成過程，利用貼近生活的實驗來激活學生的創新思維，激發學生的創造力。在實驗設置的過程中，如何讓學生親身參與？根據幾年的教學實踐，筆者在實驗改進上進行了大膽的嘗試，收到很好的效果。不僅能激發學生學習物理的興趣，充分調動學生的積極性，而且能幫助教師突破一些教學中的重、難點，從而實現學生對知識的真正掌握，并且靈活應用。

1 超重與失重

在講“超重與失重”一節時，對于完全失重的處理，筆者對原有實驗進行了改進，全新設計一個小實驗，主要器材有一個空礦泉水瓶（底端帶洞）、一桶水。

1）把礦泉水瓶中裝滿水，然后讓水瓶正立在空中，觀察水流動情況。仍然把礦泉水瓶裝滿水，下面放上水桶，讓水瓶正立在空中自由下落。在做實驗之前先讓學生猜測實驗現象，學生發揮想象力，答案五花八門。在學生猜測之后，由學生代表站在板凳上親自演示實驗。

2）通過實驗讓學生提出問題與討論：當瓶中裝滿水，瓶靜立在空中時，為什么水會流出？當瓶中裝滿水在空中自由下落時，瓶和水處于什么運動狀態？這種狀態下物體的加速度是多大？根據物體的運動，請分析瓶的受力情況？水和瓶之間還有擠壓嗎？

學生通過討論進行小結：當物體向下的加速度為g時，且物體與接觸面的壓力為零時，這種現象屬于完全失重。

教師隨后質疑：怎樣驗證你們的結論呢？

3）學生討論并展示成果：學生利用上述實驗器材分別把水瓶上拋和平拋。

本知識環節的講授采用改進實驗進行教學，把一個抽象的物理概念用一個簡單的物理小實驗進行探究，最終學生得出科學的結論。這種教學方式首先讓學生產生興趣，造成懸念，積極探索，使學生始終處于一種興奮狀態；進而研究“完全失重”的形成過程。這樣教學，學生完成對于完全失重的概念的理解達到記憶并強化的過程。

2 電磁式等勢線描繪器描繪等勢線

2.1 實驗原理

直接描繪靜電場的等勢線比較困難，利用恒定電流的電場模擬靜電場，通過電磁手段用描跡法畫出電場中平面上的等勢線。

2.2 創新點

1）引入可控電磁探針和畫板,受幼兒畫板的啟發，用畫寫板取代白紙復寫紙來呈現等勢點，可控電磁探針用來尋找等勢點。可控電磁探針主要由兩部分構成：連接紅色粗線的鐵芯也就是探針和連接紅藍細線帶觸點開關的線圈。線圈接直流電源，鐵芯連線接靈敏電流計，找到等勢點后接通觸點開關，電磁探針產生磁場，在畫寫板上留下一點，即對應模擬靜電場中的等勢點；接下來斷開電磁探針電源，繼續尋找下一等勢點，重復前面的操作。

2）引入彈壓式接線柱，提高器材安全度和降低實驗準備難度。原裝置是柱狀接線柱，每做完一次需拆卸一次，配件很小易失，器材易損。實驗所需三種紙都需打孔套到接線柱上，打孔時孔間距和孔的大小都需認真處理，否則影響實驗效果，造成實驗前準備工作難度大。彈壓式接線柱是在豎直鏍桿上套一彈簧，實驗中調節螺帽就可以改變接觸點位置和接觸緊密程度，實驗完畢旋松螺帽彈簧將接觸片輕松彈起，就能取下實驗結果。這樣省去了拆卸環節，避免了零配件的丟失，保障器材安全，并且實驗用紙或其他材料也不必再打孔處理，降低了實驗準備難度。

3）打破原實驗材料限制，能利用日常生活中常見材料完成實驗，激發學生實驗興趣。原有實驗必須用碳粉導電紙，這對學生來說很是陌生的一種材料，學生對實驗易產生的畏懼心理，不利于激發學生的探究興趣。而且這種紙不易買到，價格也相對較貴。改用畫寫板后，利用畫寫板耐濕的特點，可用浸過蘇打液的潮濕狀態的棉布或厚牛皮紙等替代導電紙，學生用平時看得見、摸得著的材料自制導電紙，增加實驗的趣味性，激發學生學習興趣。

4）低成本無污染。原有實驗每做一次要耗費白紙一張，導電紙最多用兩三次就不能再用，復寫紙比導電紙稍耐用一些，但也需要頻繁更換，如做學生實驗耗材量很大，累積起來實驗成本較高，產生的實驗廢物多而且大多只能被焚燒處理，產生有害氣體污染大氣。利用畫寫板和電磁探針作圖，可反復使用，投入低，不會產生實驗垃圾，符合低碳環保的理念。

5）可描繪多種情況等勢線分布。原器材因接線柱限制，只能描繪等量異種點電荷等勢線分布，而改進后的器材可描繪帶電平行板間的電場，或非勻強場等。

利用畫寫板和電磁探針作圖，可反復使用，投入低，不會產生實驗垃圾，符合低碳環保的理念。

2.3 使用方法：以描繪正負點電荷靜電場等勢線分布為例

1）將畫寫板和浸過蘇打液的導電布鋪好連接電路，電壓直流10～14 V，閉合開關產生模擬靜電場。普通探針和電磁探針上粗導線連接靈敏電流計，電磁探針尾端紅藍導線接學生電源，本探針經試驗，發現直流6 V效果最佳。在導電紙上取5個基準點，用電磁探針依次描出基準點位置，普通探針對準第一個基準點，電磁探針在導電紙上輕輕移動，在基準點附近尋找等勢點，找到后將電磁探針開關閉合產生磁場，在畫寫板上留下點跡。按此方法依次尋找等勢點，從而完成實驗。

2）將彈壓式接線柱旋松，釋放彈片，取下畫寫板，將等勢點用畫寫筆用平滑曲線連接，正負點電荷靜電場等勢線分布就完成了。

3）觀察完畢后，用畫寫板上的磁條掃過畫寫板清除實驗痕跡，整理器材，實驗完畢。

2.4 實驗器的優點

1）電磁式等勢線描繪器材料易尋、成本低廉、制作簡單、易于操作，實驗現象明顯，不會產生實驗廢物。

2）沖破原實驗的局限性，可描繪多種電場，既可用于教師示教，也可讓學生自制上探究性實驗課，激發學生制作和研究興趣。

3 驗證動量守恒實驗的改進

驗證動量守恒定律實驗是高中物理課程的重要實驗，按照教科書物理第二冊的實驗裝置進行實驗，把斜槽固定在桌子邊緣，在地面鋪上白紙復寫紙，小球從斜槽上端滾下落到復寫紙上，在白紙上留下落點痕跡，然后對落點及相關數據進行處理，驗證碰撞前后動量是否守恒。用此裝置在實際操作時，有一些缺點：斜槽裝置不穩易滑動，不能確保入射小球從同一高度滾下及碰撞前后兩小球做平拋運動；小球從斜槽滾下落到地面上滿地跑，有時落到桌斗里，學生到處找球，浪費時間；白紙直接放在地面上容易錯位；小球落點分散，用圓規找落點誤差大，精度低；整個實驗耗時較長。

為此，對原裝置加以改進。

1）實驗時用凹槽接小球。避免做實驗時，學生到處找球，節省大量時間。

2）斜槽安裝支架，保證斜槽的穩定性，一次調整，多次使用。斜槽上端附電磁鐵，保證入射小球從同一高度無初速度釋放。末端鑲嵌水平儀，保證碰撞前后小球做平拋運動。

3）用帶中孔的透明同心圓片找圓心比圓規方便快捷，且提高了精度。

4）不用刻度尺測長度，而用B4紙，在上面畫出的刻度直接讀出水平拋出距離并形成報告單，使實驗測量與實驗報告一體化。

通過上面的實例表明：經改進后的實驗裝置使用時快捷、方便、直觀，誤差小、精度高，提高實驗的可操作性，大大優化了實驗教學環節，提高了教學效率。

河北省遷安市第二中學）