例談初中物理教科書中應關注的實驗問題

宛玉娣

【摘 要】 《物理課程標準》對義務教育物理課程的實驗提出了明確的要求。在“內容要求”中，凡是用“通過實驗”這一措辭陳述的知識內容，都必須通過實驗來學習，這些實驗是必須做的，是標準對物理實驗的基本要求。本文通過舉例，探討了初中物理教科書中應關注的實驗問題。

【關鍵詞】 物理實驗 教科書 實驗問題

在平時的教學中，我也按照課標把能做的實驗盡量去做一遍，對很多實驗我沒有進一步的思考，當實驗現象和書本中的描述差不多時，我就覺得大功告成了。如果有些實驗比較難操作，我不是去想如何改進，而是下載一些視頻或動畫來代替。結果在這次培訓的過程中，我發現了一些平時沒有關注到的問題。

一、平面鏡成像實驗

問題：實驗中是不是只能用玻璃板代替平面鏡？

解決方案：可以使用平面鏡，但是兩個物體的高度要高于平面鏡，讓物體露出平面鏡的部分與下面的像合成一個整體即可。

二、水沸騰實驗（書本所示的裝置圖實驗效果不好）

問題1：需要加熱的時間很長。

解決方案：1. 石棉網一定要用舊的；2. 水的初溫在80℃以上；3. 用100ml的小燒杯，裝的水量在60ml左右。

問題2：水的沸點低于100℃。

很多教師以為溫度計不準確，或者把這個問題解釋為大氣壓偏低，其實大多數情況下這些都不是主要原因。

沸騰時水劇烈地汽化需要吸收的熱量很大，而酒精燈燃燒釋放的熱量不足，致使容器內中上部分的液體溫度達不到100℃。把溫度計插入液體中部測量水溫通常只有98℃左右，把溫度計插入液體上部測量水溫通常只有97℃左右。溫度計所測溫度不是沸點。其實這個時候，只要仔細觀察就會發現，氣泡上升至水面的過程中氣泡體積并不是變大的。所以不能把這個問題解釋為溫度計不夠準確，也不能把這個問題解釋為氣壓偏低。要改進這個問題需要從減小散熱和提高熱源供熱兩方面著手。

解決方案：可以改用燒瓶觀察水沸騰，通常是100℃，但也有一個問題，球形燒瓶無法觀察氣泡上升時大小變化。

三、紅外線的熱效應

問題：實驗現象很不明顯，根據教參建議，把溫度計的玻璃泡涂成黑色進行實驗，但效果還是不理想。

解決方案：改進“溫度計”——自制“空氣溫度計”，使現象放大更明顯。

四、探究杠桿平衡條件

問題：彈簧測力計倒置測量時，誤差較大。

很多教師采取的是倒過來然后進行調零的方法，我在實驗后覺得此方法還是欠妥當。我們來分析一下：將彈簧測力計水平放置，彈簧自然伸長，調節刻度板使彈簧的指針指向零刻線O（見下圖1模型），然后將彈簧倒置，用手抓住彈簧測力計的外殼，彈簧在拉桿、拉鉤的重力作用下壓縮，指針所指的位置為O1，彈簧的形變量為△OO1，再將彈簧測力計倒掛在杠桿上，彈簧在外殼的重力作用下被拉伸，指針所指的位置為O2，彈簧的形變量為△OO2，在不考慮彈簧自重的情況下，彈簧測力計的總重由拉桿、拉鉤、外殼的重力相加，所以△O1O2就等于彈簧測力計的總重作用在彈簧上使其伸長的長度，如果用手抓住倒置的彈簧測力計的外殼，將指針調為零的話，也就是倒置時調節面板將指針的位置調為O1，那么彈簧測力計倒掛在杠桿上時它顯示的讀數就為其自身重力，用這樣的彈簧測力計就可以直接測量杠桿受到的拉力了。

但事實是彈簧測力計里的彈簧不能壓縮只能拉伸，也就是說當用手抓外殼使彈簧測力計倒置時，指針的位置應該不會發生變化，但由于彈簧掛在里面的橫桿上，位置沒有固定死，所以當彈簧測力計倒置時指針也會下移，但已不是由于拉桿、拉鉤的重力使彈簧壓縮下移了。所以只有當彈簧測力計中的彈簧是既能拉伸又能壓縮的彈簧，并且彈簧掛的位置固定的話，才可以用倒過來調零的方法調節彈簧測力計。

解決方案一、采用蘇科版教參中提及的方法，取兩個彈簧測力計如圖放置，秤鉤相掛，測出乙彈簧測力計的自重，將乙彈簧測力計調成自重進行測量。

解決方案二、我們先來分析一下彈簧測力計倒置后產生誤差的原因：

彈簧測力計中彈簧的受力情況如圖a所示，F為待測的拉力，G1表示彈簧的自重，G2表示掛鉤和與相連的鋁質滑片的重力，G3表示彈簧測力計外殼的重力，F，表示手作用在彈簧測力計外殼上的拉力。如圖b所示，彈簧測力計靜止時，這些力的關系為：

F-G1-G2=F'+G3

如果不計彈簧的自重G1和掛鉤的自重G2，彈簧的伸長是由拉力F決定的，彈簧測力計外殼的自重影響手拿外殼的力，但不影響彈簧的伸長，即F=K？駐x。考慮到彈簧的自重G1和掛鉤的自重G2，彈簧的伸長是由F-（G1+G2）決定的，因此F-（G1+G2）=K？駐x，可見彈簧測力計倒置時測得的拉力要小一些，其相對誤差為

，分析上式，對于一般的彈簧測力計G1+G2大約為0.1N，如果待測拉力大于2N，那么測量的相對誤差小于5%。所以我們可以多掛些鉤碼及讓力臂大一些，以減小誤差。

解決方案三、彈簧測力計懸掛點與鉤碼懸掛點在同側。

解決方案四、將調好零的彈簧測力計正著掛在杠桿上，這一側的讀數是彈簧測力計的示數與它自重相加。

總之，實驗是物理教學的基礎。實驗課是提高學生科學素質、提高物理課教學有效性必不可少的重要手段。對于初中物理實驗課教學而言，無論教學思想如何更新，教學內容如何變化，教學方式如何改進，我們都應關注初中物理教科書中的實驗問題，其最終目的都必須指向教學的有效化，從某種意義上說，“有效教學”可以稱得上是初中物理實驗課教學的“永恒主題”。