如何提升測量性實驗的復習效果

王道標 ●

南京市第十七中學 (210032)

?

如何提升測量性實驗的復習效果

王道標 ●

南京市第十七中學 (210032)

以實驗證據為基礎，是物理學科的特色，也是物理學科的魅力所在.在測量型的實驗教學中，優化實驗教學過程，重在實驗原理的科學性，實驗過程設計的可操作性和實驗結果的準確性.

量筒；注射器；刻度尺；可操作性；準確性

在液體密度測量的教學中，筆者曾讓學生自選器材(托盤天平、小燒杯、盛有牛奶的大燒杯、量筒、注射器(5ml))測量純牛奶的密度，以此發散學生思維.學生通過獨立思考，演示實驗過程.有學生選擇的是盛有牛奶的大燒杯、托盤天平和注射器，實驗過程如下：第一步是：通過注射器汲取5ml牛奶，利用托盤天平測量注射器和牛奶的總質量m1；第二步是：再把其中的牛奶推出去1ml，最后利用托盤天平測量注射器和剩余牛奶的總質量m2；第三步是計算牛奶的密度.

這種測量純牛奶密度的實驗從測量的原理ρ=(m1-m2)/V來分析是可行的，他是以從注射器中推出去的牛奶為測量的對象，通過質量的測量和已知的體積來計算牛奶的密度.但是，通過查閱相關資料，純牛奶的密度大約在(1-1.2)×103kg/m3,如果推出去1ml純牛奶，托盤天平兩次測量的質量相差只有1g左右，微小的偏差都會帶來密度測量的較大誤差.雖然實驗的過程也是可操作的，但是帶來的實驗結果準確性并不高，因為，測量型的實驗不僅要考慮到實驗原理的科學性，實驗操作的可行性，還要注意實驗結果的準確性.學生學習的過程雖然出現了這樣的錯誤，但它卻流露出學生發散思維的痕跡：在蘇科版第十章，粗略測量大氣壓強的時候使用了注射器，學生只有在明確了注射器能夠測量液體的體積，且其分度值比量筒小的情況下才會選擇它，因此，即使實驗測量的結果值得商榷，但是學生思維的開放性應該大力表揚.有時候，測量型的實驗我們還要注意到實驗過程的可操作性. 至今，我仍然清晰地記得在課堂上的這樣一次討論活動，雖然，似乎很平淡，但我看到了學生躍動的思維.

我們在復習第六章測量液體的密度的實驗，有這樣一道題：(2016年南京市中考指導書P50)

13．某同學為了測量“衛崗”牌牛奶的密度，用天平、玻璃杯、量筒等器材，設計了如下實驗方案：

A．用天平測出玻璃杯的質量m1

B．將適量牛奶倒人杯中

C．用天平測出玻璃杯和牛奶的總質量m2.

D．將杯中牛奶倒入量筒中，測出牛奶的體積V

E．計算牛奶密度：ρ=(m2一m1)/V

(1)你認為這個方案有什么缺點？

(2)請你提出改進這個實驗的辦法.

第一個問題很多學生都會回答，對于第二個問題，有學生發表了自己的觀點：“老師，這個實驗我們可以先用天平稱量量筒的質量m1，再直接把牛奶倒進量筒中測量他的體積V，然后用天平測量量筒和牛奶的總質量m2，最后再利用公式ρ=(m2一m1)/V計算，密度不是很快測量出來了嗎？而且這樣做實驗不僅誤差比剛才小，比其他方法更簡單.”學生不僅準確的表達了自己設計實驗的思路，而且與其他學生的改進方案做了一個對比，體現了他所設計的實驗的優越性.

這是學生自己獨立思考之后發表的很有見解的實驗設計思路，對于這樣的思路也引起了一部分平時學習善于動腦筋思考的學生共鳴.

師：用天平測量量筒和牛奶的總質量有什么不利的因素呢？生：天平上的托盤不穩定，而且量筒很高，重心也高，放在天平上可能會晃動，這樣做實驗會不安全.在進行物理教學的同時，不忘對學生的安全教育.緊接著，教室里安靜了片刻，緊接著，又有學生急吼吼的喊道：那就用量杯，量杯矮一點.師：量杯是什么形狀的？生：上粗下細.師：這樣的物體穩定性如何？生：也不穩定.

通過這樣的設問，學生明白了在設計實驗過程中還要注意到實驗過程的可操作性，不能使得實驗的過程不利于整個實驗的進行，甚至給實驗過程帶來危險.不僅對于液體密度的測量存在實驗過程的可操作性問題，對于固體密度的測量也存在同樣的問題.

筆者也曾讓學生自選器材(托盤天平、刻度尺、三角板、量筒)測量硬幣的密度，有學生選擇的是托盤天平和刻度尺，實驗過程如下：第一步是：利用托盤天平測量5枚硬幣的質量m；第二步是：利用刻度尺測量5枚硬幣的厚度h，用三角板和刻度尺測量硬幣的直徑d；第三步是計算硬幣的密度.

這樣的實驗設計，從原理來看沒有問題，但是實驗操作的可行性和結果的準確性會大打折扣.因為硬幣雖然是圓形，但并不能看成規則的圓柱體，硬幣正面和反面凹凸不平，直接利用刻度尺和三角板測量硬幣的體積會造成很大的誤差，體積的測量值偏低，硬幣的密度偏小，對測量型實驗的結果影響較大.因此：

師：硬幣是什么形狀的幾何體？生：圓柱體.師：果真如此？生：硬幣的正面和背面有凹凸不平的圖案，不是規則的圓柱體.師：用刻度尺測量硬幣的直徑和厚度，計算硬幣的體積，結果如何？生：體積的誤差很大.

因此，在測量型的實驗教學中，一般首先要明確實驗的目的、內容和要求；認真研究實驗原理；確定實驗關鍵；對實驗裝置、器材和實驗條件提出要求并進行選擇；明確操作要點和注意事項.要注重實驗原理的科學性和可行性，有些設計的實驗方案從原理上講并沒有錯誤，但在實施過程中受到裝置、器材、實驗條件等限制，而無法實施或實施過程中的誤差太大，如本文中測量硬幣的密度，對于硬幣體積的測量可操作性不高，根本是由于實驗設計方案的原理導致.實驗過程設計的要確保可操作性和安全性，無人身危險，操作不宜過繁.要盡量減少和控制干擾因素.儀器要比較牢固，如不能把天平放在托盤天平上稱量. 不同的學生(或不同的組)也許會采用不同的方法，得出的實驗結果的準確性也可能有一定的差別.因此，討論和交流是必不可少的環節.在此過程中，學生既可以有根據地發表自己的意見，又可以聽取別人的見解.通過討論和評估，可以使學生自己辨別優劣，分清正誤，更好地理解探究的方法和結論.

[1] 劉炳昇，李容 義務教育教科書八年級物理下冊 江蘇科學技術出版社，2012年11月第3版

[2] 南京市中小學教學資源研發中心 2016年南京市中考指導書(物理) 南京出版社 2016年1月第1

[3] 湯軍琳 徐飛英；“密度”教學中的關鍵問題及對策[J];中學物理教學參考;2015年08期.

G632

B

1008-0333(2016)24-0063-01