物理教學(xué)生活化的研究與實(shí)踐

胡 琦

(浙江省桐鄉(xiāng)鳳鳴高級(jí)中學(xué) 314500)

物理教學(xué)采取生活中常見(jiàn)器材來(lái)演示可以使得物理貼近生活，使得學(xué)生更好的理解物理與生活的緊密結(jié)合.在物理教學(xué)中教師要盡量取材生活中常見(jiàn)的材料來(lái)演示物理實(shí)驗(yàn)，使得學(xué)生愛(ài)上物理，喜歡物理，物理實(shí)驗(yàn)生活化可以使得學(xué)生從理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化更容易接受.下面是筆者總結(jié)的幾個(gè)常用實(shí)驗(yàn)和同仁一起探討.

1 利用簡(jiǎn)易器材做實(shí)驗(yàn)使得物理教學(xué)生活化

實(shí)驗(yàn)裝置力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便.簡(jiǎn)單的儀器還容易突出實(shí)驗(yàn)的物理原理，而不為那些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)所干擾，使得學(xué)生更好的理解物理本質(zhì).

案例1利用酒精和礦泉水瓶演示氣體做功與內(nèi)能變化關(guān)系

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)是取材簡(jiǎn)單操作方便.可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)熱情.

2 利用有趣實(shí)驗(yàn)教學(xué)使得物理教學(xué)生活化

趣味的探究性實(shí)驗(yàn)可以很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，要想使得實(shí)驗(yàn)生活化就需要用到生活中常見(jiàn)的物品來(lái)做物理探究實(shí)驗(yàn).試電筆和輝光球是生活中常見(jiàn)的物品，我們可以利用這兩樣器材做探究電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差的物理實(shí)驗(yàn).

案例2利用輝光球和試電筆來(lái)探究點(diǎn)電荷周圍靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)差

【實(shí)驗(yàn)材料】一根透明吸管、一個(gè)輝光球和8個(gè)綠色氖管(也叫氖泡).

【實(shí)驗(yàn)步驟】將透明吸管用剪刀從一側(cè)剪開(kāi)，將七個(gè)氖管首尾順次連接.在輝光球沒(méi)有接通電源時(shí)，氖管不發(fā)光.接通電源7個(gè)氖管同時(shí)發(fā)光，如圖1.

圖1

【實(shí)驗(yàn)原理】輝光球是屬于電場(chǎng)發(fā)光原理，輝光球里的惰性氣體，在高壓電場(chǎng)作用下使得里面的惰性氣體內(nèi)部電子發(fā)生躍遷，電子躍遷會(huì)發(fā)出不用顏色的光.由于氣體在球體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致中心點(diǎn)到邊緣不同位置電阻產(chǎn)生差異，電阻小的位置先放電，當(dāng)用手接觸輝光球外面面不同位置，接觸處距離球體中心電阻小，形成放電通路.可以認(rèn)為輝光球中心球體周圍形成的電場(chǎng)與點(diǎn)電荷電場(chǎng)類似.氖泡，一種無(wú)色惰性氣體(氖氣)的燈泡管，裝在驗(yàn)電筆中，在電場(chǎng)激發(fā)下能產(chǎn)生透射力很強(qiáng)的紅光(也有其他顏色)，當(dāng)物體帶電時(shí)，用電筆測(cè)試氖泡發(fā)光，否則氖泡不亮；光的亮度隨電壓大小而變.氖管發(fā)光屬于惰性氣體發(fā)光，一般當(dāng)氖管兩端電壓達(dá)到60V以上就會(huì)發(fā)光.通過(guò)混合不同比例的惰性氣體會(huì)發(fā)出不同顏色的光.此實(shí)驗(yàn)中發(fā)出綠光的氖管是由Ar80%,Ne20%兩種氣體混合而成.在某一個(gè)瞬間輝光球周圍的靜電場(chǎng)分布與點(diǎn)電荷類似，可以用一個(gè)氖管放到穿到透明吸管上演著半徑方向放置，從遠(yuǎn)到近靠近輝光球，會(huì)發(fā)現(xiàn)氖管發(fā)光亮度增強(qiáng)說(shuō)明周圍電場(chǎng)強(qiáng)度增大(也說(shuō)明周圍電勢(shì)差增大).在輝光球周圍固定位置將氖管放置方向從沿著半徑變成垂直于半徑方向發(fā)現(xiàn)氖管熄滅，此實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明電場(chǎng)是有方向的.以輝光球?yàn)橹行牡冗h(yuǎn)處球面上移動(dòng)氖管發(fā)現(xiàn)氖管發(fā)光亮度不變說(shuō)明這些位置處的電勢(shì)差相同.同時(shí)將多個(gè)氖管串聯(lián)使得實(shí)驗(yàn)的可視性更好.

【實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)取材生活常見(jiàn)的工藝品輝光球和試電筆中的核心部件氖管，符合物理教學(xué)生活化的理念.用生活中常見(jiàn)物品來(lái)探究高中物理教學(xué)中的教學(xué)難點(diǎn)靜電場(chǎng)，靜電場(chǎng)有力的性質(zhì)(電場(chǎng)強(qiáng)度)和能量性質(zhì)(電勢(shì)、電勢(shì)差).實(shí)驗(yàn)過(guò)程從一個(gè)氖管發(fā)光到多個(gè)氖管發(fā)光可以更好地激發(fā)學(xué)生的對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣.把看不見(jiàn)摸不著的靜電場(chǎng)通過(guò)氖管發(fā)光現(xiàn)象來(lái)可視化，通過(guò)在等距離處氖管發(fā)光強(qiáng)度相同說(shuō)明電場(chǎng)在輝光球周圍空間對(duì)稱分布.通過(guò)在固定位置旋轉(zhuǎn)一個(gè)氖管，氖管從發(fā)光到不發(fā)光來(lái)說(shuō)明電場(chǎng)是有方向性的，說(shuō)明電場(chǎng)是矢量，由于靜電場(chǎng)可以使氖管發(fā)光說(shuō)明電場(chǎng)也具有能量.

3 利用生活資源做實(shí)驗(yàn)使得物理教學(xué)生活化

借用生活材料物品開(kāi)展內(nèi)容豐富、形式多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可體現(xiàn)教師教學(xué)的個(gè)性和自創(chuàng)性.

案例4利用微型電風(fēng)扇做系列實(shí)驗(yàn)

【實(shí)驗(yàn)材料】3V微型電風(fēng)扇(即微型電動(dòng)機(jī))3個(gè)，實(shí)驗(yàn)室小車1輛、4節(jié)5號(hào)電池，12V臺(tái)式電腦風(fēng)扇一臺(tái)(舊電腦CPU散熱用)，發(fā)光二極管2.5V一只，細(xì)長(zhǎng)鐵片長(zhǎng)20cm寬1cm左右，塑料擋板10cm×10cm ,條形磁鐵一對(duì)，直徑1cm的銣鐵硼強(qiáng)磁鐵5塊、實(shí)驗(yàn)室常用工具.

【實(shí)驗(yàn)步驟】(1)演示作用力與反作用力

將微型電風(fēng)扇固定在小車上，在電風(fēng)扇外側(cè)固定如圖2(a)，保證障電風(fēng)扇吹出的風(fēng)大部分吹到后面擋板上面.打開(kāi)電風(fēng)扇開(kāi)關(guān)，風(fēng)扇開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，但小車?yán)^續(xù)保持靜止，撤掉擋板,如圖2(b)，小車開(kāi)始運(yùn)動(dòng).請(qǐng)學(xué)生分析下列問(wèn)題：有擋板時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)小車為什么可以保持靜止？撤掉擋板，小車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，分析風(fēng)扇吹風(fēng)的方向.

圖2

(2)演示能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象

如圖3將兩個(gè)電動(dòng)機(jī)1.5V 5號(hào)電池盒兩個(gè)電動(dòng)機(jī)如圖連接起來(lái).觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.電池與電動(dòng)機(jī)兩個(gè)導(dǎo)線連接，通過(guò)橡皮筋連接到另外一個(gè)電動(dòng)機(jī)上，如圖右側(cè)電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)導(dǎo)線與發(fā)光二極管連接，接通開(kāi)關(guān)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

圖3

【實(shí)驗(yàn)原理】實(shí)驗(yàn)(1)是電風(fēng)扇運(yùn)動(dòng)使得空氣被吹動(dòng)，在有擋板時(shí)候葉片獲得向前的作用力，通過(guò)空氣擋板獲得空氣作用力，擋板與電風(fēng)扇與小車連接，導(dǎo)致小車受到的合力為零，移開(kāi)擋板葉片獲得向前作用力而運(yùn)動(dòng).實(shí)驗(yàn)(2)通電導(dǎo)線(電流)在磁場(chǎng)中會(huì)受到安培力作用，電流磁場(chǎng)與安培力之間滿足左手定則關(guān)系.實(shí)驗(yàn)(3)是線圈在磁場(chǎng)力切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使得二極管發(fā)光.實(shí)驗(yàn)(4)電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化電動(dòng)機(jī)電能和動(dòng)能和內(nèi)能，左側(cè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)右側(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能和內(nèi)能，通過(guò)二極管轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?

【實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)】以微型電風(fēng)扇為中心開(kāi)展了4個(gè)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)操作性強(qiáng)可以激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情，生活當(dāng)中的很多物品都蘊(yùn)含著豐富多樣的物理特性，如常見(jiàn)的氣球、乒乓球、礦泉水瓶等，只要合理運(yùn)用，他們?cè)诓煌奈锢韴?chǎng)景中可以發(fā)揮出不同的作用，呈現(xiàn)出形式多變且新奇有趣的物理現(xiàn)象.學(xué)生在驚奇于生活中如此平凡的一個(gè)物品居然可以有如此之多的應(yīng)用的同時(shí)也會(huì)感嘆物理世界的神奇，從而激發(fā)他們對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣.

4 利用低成本材料使得物理教學(xué)生活化

用自制教具進(jìn)行電場(chǎng)線教學(xué)常用的幾種電場(chǎng)線分布中，用低成本實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行模擬演示、培養(yǎng)觀察能力，分析能力、形象思維的能力，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合.

案例5利用低成本材料模擬電場(chǎng)線

【實(shí)驗(yàn)材料】感應(yīng)起電機(jī)、自制的容器器具一套、數(shù)碼攝像頭、或投影機(jī)、多媒體教學(xué)設(shè)備一套.

【器材制作】頭發(fā)屑與油的制作，首先將比較粗的頭發(fā)切成2mm長(zhǎng)，然后去油烘干后放入高壓變壓器油中(變壓器油的絕緣性很好)即可.正點(diǎn)電荷周圍的電場(chǎng)中，每一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向都是背離正點(diǎn)電荷，按照?qǐng)鰪?qiáng)方向畫(huà)出來(lái)的電場(chǎng)線應(yīng)該是以正點(diǎn)電荷為中心向外發(fā)散的射線.使用時(shí)先均勻搖動(dòng)頭屑油，使頭屑懸浮在油里再到入容器中形成雜亂無(wú)規(guī)則形狀，并將金屬小球與起電機(jī)的一個(gè)放電桿接通，帶電后的小球可以近似看作點(diǎn)電荷.

【實(shí)驗(yàn)展示】如圖4和圖5，觀察點(diǎn)電荷實(shí)驗(yàn)圖形并繪圖看圖可方便的畫(huà)出電場(chǎng)線平面分布圖，也就是一個(gè)點(diǎn)電荷電場(chǎng)線的截面圖.

圖4 圖5

如果在點(diǎn)電荷附近加一個(gè)等量異種電荷，或者同種電荷，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)顯示.仍然將頭發(fā)屑油放入容器中，將兩個(gè)相同的金屬小球同時(shí)放在油中接通同種電荷或異種電荷，就觀察到如下圖6系列.

圖6

將容器內(nèi)的頭發(fā)屑恢復(fù)到雜亂無(wú)規(guī)則形狀，將小球與平板放在油中，分別與起電機(jī)的兩個(gè)放電桿接通，搖動(dòng)起電機(jī)，使小球與平板帶異種電荷，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象略.

“用電場(chǎng)線的疏密度來(lái)表示場(chǎng)強(qiáng)大小，場(chǎng)強(qiáng)大小處處相同，即電場(chǎng)線的疏密處處相同，場(chǎng)強(qiáng)方向處處相同，電場(chǎng)線一定是距離相等的平行直線”.用兩塊平行金屬板放入容器中接通異種電荷就可觀察到中部區(qū)域的電場(chǎng)就是勻強(qiáng)電場(chǎng)，如圖7和8.

圖7 圖8

【實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)】通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，把復(fù)雜的電場(chǎng)線，簡(jiǎn)單形象直觀地模擬出來(lái)，使學(xué)生觀察到幾種常用電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布，歸納出電場(chǎng)線的特征，而畫(huà)出假想的電場(chǎng)線曲線圖.該實(shí)驗(yàn)器具教師邊做實(shí)驗(yàn)、邊教、學(xué)生邊學(xué)、邊畫(huà)，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單方便、可靠性強(qiáng)、便于自制等特點(diǎn).實(shí)驗(yàn)完畢后將頭屑油到入小瓶中就可反復(fù)使用.