在開放場合下進行物理實驗教學的探索

居智勇

(天津市實驗中學 天津 300074)

人類對自然現象的認知是建立在大量的感性認識基礎上的，同樣，學生對物理規律的認知也要以感性認識為基礎.但在中學物理教學中，由于受設備、場地的限制，很多規律的教學只能基于理性推理、分析演繹，使得學生缺乏實踐體驗，物理課堂缺乏學科活力.為了擺脫這種狀況，我們實施了一種不拘泥于課堂教學的措施，把教學拓展到開放場合，下面以5個實驗教學片斷為例，介紹對開放場合物理實驗教學的開發.

案例1：聲音的干涉

儀器：筆記本電腦1臺,音箱2個(規格相同),聲音發生軟件,電源等輔助設備,如圖1所示.

圖1 聲音干涉實驗器材

實驗原理：用聲音發生軟件獲得頻率約200～400 Hz的簡諧聲波，將兩個音箱間隔2 m放置并發聲，在音箱周圍便可獲得聲波干涉的音場.

教學建議：在空曠的操場上調試好設備，營造出簡諧聲波干涉場.先讓學生在音箱前走過，體會聲音強弱間隔變化的情況.再讓男同學尋找聲音最強的地方，分散站好，女同學尋找聲音最弱的地方，分散站好.最后，請學生輪流到主席臺(高臺)上觀察同學站成的隊形,如圖2所示.在此感性認識的基礎上，教師再給出波的干涉的理論知識.

圖2 聲音干涉實驗情景

案例2：搖繩發電

儀器：40 m長的單股電線,靈敏電流計,如圖3所示.

圖3 搖繩發電實驗器材

實驗原理：使長十幾米的電線切割地磁場，產生電磁感應現象，用靈敏電流計測量感應電流.由于磁感線沿南北方向，所以，電線沿東西方向時的感應電流要明顯大于沿南北方向的.

圖4 搖繩發電實驗情景

教學建議：將電線兩端接到電流計的兩個接線柱上，請兩位學生分別抓住電線中部長約十幾米部分的兩端，將電線搖起來，其他學生觀察電流表示數，如圖4所示.學生分別沿東西、南北方向站立搖繩，可觀察到強度不同的電流，從而驗證地磁場的方向.

案例3：多普勒效應

儀器：自制發聲器(蜂鳴器+干電池)，尼龍繩(供發聲器滑行的軌道線)，如圖5所示.

圖5 多普勒效應實驗器材

實驗原理：能發出固定頻率聲波的發聲器沿直軌道運動，在軌道旁的觀察者可以聽到明顯的音調變化的現象.

教學建議：借助操場上的單杠、雙杠等固定物將尼龍繩沿水平方向固定在1.5 m左右的高度上.教師將發聲器沿軌道推出，由于慣性，發聲器由軌道的一端運動到另一端，讓學生站在尼龍繩的兩旁認真聽，總結發聲器在經過自己身邊時的現象,如圖6所示.

圖6 多普勒效應實驗情景

案例4：斷電自感

儀器：自感線圈(電感系數約1 H)，干電池1節,如圖7所示.

圖7 斷電自感實驗器材

實驗原理：用1節干電池給線圈供電，當電路斷開時，線圈會產生很大的自感電動勢，保持電流不變，此時,串聯在線圈兩端的所有人都會有被電擊的感覺.

教學建議：組織十幾位學生手拉手站成一圈，在一處留出缺口，讓缺口處的兩人同時接觸干電池的兩極，問大家有沒有被電的感覺(不會有任何感覺).再讓缺口處的兩人分別抓住線圈的兩端，問大家有什么感覺(不會有任何感覺).把線圈的兩端分別連到干電池的兩極上，讓缺口處的兩人，分別握住電池兩極,當然也是線圈的兩端(此時還是沒有感覺)，再斷開電源，此時，手拉手的學生與線圈構成閉合回路，十幾位學生就會同時被電擊，如圖8所示.在此感性認知的基礎上，帶領學生學習電感的理論知識.

圖8 斷電自感實驗情景

案例5：泊松亮斑

儀器：激光發生器，硬幣(直徑2～3 cm)，光屏,如圖9(a)、(b)所示.

圖9 泊松亮斑實驗器材

實驗原理：激光束經過圓形硬幣時發生衍射，在硬幣陰影的中心疊加形成亮斑.

圖10 泊松亮斑

教學建議：此實驗成功的關鍵是,激光源、硬幣、光屏間的距離要足夠遠，大約要在40 m以上.可以在教學樓中長廊的一端高約2 m的地方固定激光發生器，使激光束沿水平方向射出，在走廊中部懸掛硬幣，走廊的另一端固定光屏，承接亮斑,如圖10所示.教師帶領學生沿著走廊從激光發生器一端邊走邊看邊講解，直到走廊的另一端.

開放場合下的物理實驗，具有很強的開發價值，不僅是由于其成本低，效果明顯，更重要的是對學生有很強的刺激性，激發他們的學習興趣，既營造了探究氛圍，又把教學內容從感性上得到普及.希望廣大物理教師共同努力，在這方面為物理教學做出新的貢獻.