中學物理幾個聲現象實驗的探究及改進*

關善超 張俊輝 沈壯志

(蘇州市陽山實驗初級中學校　江蘇 蘇州　215151；陜西師范大學物理學與信息技術學院　陜西 西安　710119) (蘇州市陽山實驗初級中學校　江蘇 蘇州　215151) (陜西師范大學物理學與信息技術學院　陜西 西安　710119)

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中學物理幾個聲現象實驗的探究及改進*

關善超 張俊輝 沈壯志

(蘇州市陽山實驗初級中學校江蘇 蘇州215151；陜西師范大學物理學與信息技術學院陜西 西安710119) (蘇州市陽山實驗初級中學校江蘇 蘇州215151) (陜西師范大學物理學與信息技術學院陜西 西安710119)

對中學物理聲現象教學中經常涉及到的幾個實驗進行了再探究和改進．研究表明這些常見的實驗在實施過程中若不對其方法和技巧加以改進，將會造成實驗現象不明顯，甚至可能失敗．本文對此給出了相應的改進方案，它將既有利于學生對知識的接收和認同能力，也有利于開拓中學物理教師對實驗的設計思路．

中學物理實驗探究方案改進

在中學物理的教學過程中，實驗教學是不可或缺的一部分，并且越來越受廣大一線教師的重視，有著非常重要的作用[1]．實驗教學的特點是生動有趣并且簡單直觀，可以極大地激發學生學習物理的興趣并且便于學生理解掌握未知的知識[2]．因此實驗教學效果的好壞直接決定著課堂的成敗．然而有些看似常見的簡單物理實驗真正去做并不那么簡單，有些按照課本上給出的步驟去做，會使實驗結果不明顯，甚至會造成實驗失敗，從而導致學生思維混亂，不能直接得到正確結論，造成課堂效率低下[3]．在學生初學物理階段很容易因此產生畏難情緒，喪失對物理的學習興趣．因此，中學物理實驗現象是否便于觀察，一目了然[4]，已經成為影響學生學習物理的重要因素．尤其是對于剛剛接觸物理的初中生來說，開篇第一章節的內容往往決定其未來是否對物理產生興趣并深入地研究下去，因此第一章的實驗更是要做到生動有趣又簡單明了[5]．

本文針對蘇科版初中物理八年級上冊第一章“聲現象”中涉及到的類似幾個物理實驗進行了深入探究，發現了其中的一些問題，并且提出相應的改進方案，有助于開拓物理實驗設計的思路，幫助教師完善實驗方案．

1　聲學實驗探究

1.1探究聲音的產生原因

(1)原實驗原理和方法

由于聲音看不見摸不著，學生無法對“聲音是什么”有直觀的感受．教材在探究聲音的產生原因時使用了放大微小振動的方法，從而間接地證明發出聲音的物體在振動，并給出了一些證明實驗．其中有這樣一個常見實驗：在鼓面上放一些輕小物體，然后用小錘敲擊鼓面，會看到輕小物體在鼓面上跳動，從而證明聲音是由振動產生的(如圖1所示)．

圖1　鼓面上跳動的紙屑

此實驗看似簡單且易于操作，但是通過多次實驗發現，實驗效果并不明顯．不論是在鼓面上放綠豆、小米或紙屑，敲擊后跳動都不明顯．如果是演示實驗，學生坐在座位上更是難以觀察．經過多次實驗發現：鼓面越大，相對跳動越明顯．但是限于實驗條件，一般沒有太大的鼓用來敲擊，使實驗難以達到預期效果．并且受限于鼓的發聲特點，無法看到輕小物體連續的跳動．

(2)改進的實驗方法

為了便于學生得出結論，應找出一種能使輕小物體跳動明顯，且可以連續跳動的發聲體．經過多次實驗驗證，銅镲的振動特性可以很好地滿足以上條件，如圖2所示．

圖2　銅镲

在銅镲邊緣放些紙屑，用小錘敲擊銅镲，由于銅镲的振動時間長，紙屑會不間斷地連續跳動，現象十分明顯，如果在實物投影上展示，現象非常清晰．改用銅镲做此演示實驗，教學效果會大大提高．或者給每兩位同學發一個較細的橡皮筋，讓其中的一位同學將橡皮筋盡可能拉伸到最大長度，另一位同學在垂直于橡皮筋的長度方向撥動它，使其發聲，同時利用實物投影儀將橡皮筋的振動投影在屏幕上，可以清楚地看到橡皮筋的振動．

1.2聲音的傳播實驗

(1)原實驗原理和方法

蘇科版八年級物理第一章第1節“聲音是什么”中給出了這樣一幅圖，如圖3所示．

圖3　水中搖鈴鐺

為了證明聲音可以在液體中傳播，教材中試圖在水中搖晃一個小鈴鐺，通過人能聽到鈴鐺的聲音，來證明聲音可以在液體中傳播．這個實驗到底有沒有問題呢？

通過多次實驗發現，鈴鐺在水中搖晃不易聽到鈴鐺振動的聲音，甚至由于鈴鐺里的小錘受到水的阻力，無法撞擊鈴鐺壁，鈴鐺根本無法發聲．如果劇烈搖動，水和手之間拍擊發出的聲音遠遠大于鈴鐺發出的聲音，該實驗是無法完成的．如果教師不假思索地在課堂上做此實驗，很容易造成課堂效果差，學生迷茫的后果．

(2)改進的實驗方法

那么怎樣才能很好地驗證聲音可以在液體中傳播呢？可以把音樂賀卡上的小發聲器取出，打開開關放入小藥瓶中．并在小藥瓶中加入適量的配重物，密封好，將其放入水中，使小藥瓶短時間內處于懸浮狀態(長時間的懸浮很難做到)．學生可以清晰地聽到小發聲器發出的音樂聲，進而證明了聲音可以在水中傳播．

1.3聲音具有能量

(1)原實驗原理和方法

為了證明聲音具有能量，教材給出了如圖4所示的演示實驗．把一個點燃的蠟燭放在一個錄音機的喇叭前，使用錄音機大聲播放音樂，就可以看到蠟燭的火焰隨聲音的高低跳動，進而證明聲音具有能量．看似非常好的一個實驗，實際在班級做演示實驗時根本無法產生這樣的效果．首先一般的收音機的喇叭功率都不夠大，即使蠟燭放的離喇叭再近也無法觀察到明顯的跳動，其次產生輕微跳動多半也是由于教室內部有風造成的燭焰晃動，而不是隨著聲音有節奏的跳動．即使關閉門窗，輕微的空氣流動還是會使蠟燭稍稍晃動，無法清晰地說明是聲波的能量造成的．

圖4　錄音機和蠟燭

(2)改進的實驗方法

針對室內風的影響，我們可以用有機玻璃做一個小的玻璃箱，箱子底部開口，將點燃的蠟燭罩在玻璃箱內．玻璃箱的一側和蠟燭火焰齊平處開一個圓孔，使喇叭正好能通過圓孔對準蠟燭火焰．打開喇叭播放音樂，學生可以透過玻璃箱清晰地看到蠟燭火焰隨音樂的高低起伏跳動．

或者可以采取另一個實驗方案，可以讓學生手里捧住一個吹足氣的氣球，然后教師在教室內用麥克風說話，學生就可以非常明顯地感受到氣球的振動，且振動隨著教師說話響度的大小變化而變化，教師停止說話，則氣球停止振動，進而直觀地說明聲波具有能量．

2　結論

以上幾個實驗都是中學物理“聲現象”中經常出現的常規實驗，看似簡單其實并不簡單．如果沒有經過周密的思考，只是照本宣科，有些實驗是很難操作成功的．一個好的教學實驗可以使學生記憶終生，很大程度上影響學生學習物理的興趣．而想要做好這些實驗，教師課前必須反復操作，精心設計，優化實驗方案，多使用學生生活中的物品作為實驗器材，使實驗方案簡單易懂，實驗現象清晰明了．深層次挖掘實驗潛力，把一個實驗做出新意，做出更高的水平．其實，一名優秀物理教師的實驗水平正是通過這樣一點點思考和積累而來的．

1李明權.淺談物理演示實驗的教學. 物理教學探討，2005(19):26

2陳曉莉.普通物理實驗教學現狀調查及對策研究.西南師范大學學報(自然科學版)，2005(03):585～588

3應煥青.淺談初中物理實驗教學.中國現代教育裝備，2010(04):87

4王較過，李貴安.物理教學論(第2版).西安：陜西師范大學出版社,2009.15～16

5郝冠軍. 利用初中物理實驗激發學生學習興趣.新課程(中學)，2014(06):43

2016-03-10)

*國家基金項目，編號：11174191；陜西師范大學2014年度校級重點教學改革研究項目資助，編號：14JG24；陜西師范大學2016年度校級綜合教學改革研究項目資助，編號：16JG23作者簡介：關善超(1989-)，男，中教二級，主要從事中學物理教學.通訊作者：沈壯志(1964-)，男，教授，主要從事大學物理教學工作.