從“液體的表面張力實驗”談物理中演示實驗

劉源

摘 要： 探究水的表面張力在高中物理教材中有所涉及，本文就水的表面張力的一些實驗論述物理演示實驗在物理教學中的作用，談談對更新演示實驗的幾點思考。

關鍵詞： 表面張力 演示實驗 物理教學

物理是一門以觀察、實驗為基礎的科學，實驗在物理教學中具有十分重要的作用[1]。尤其課堂中的演示實驗更是課堂教學的重要組成部分，演示實驗在實驗中占的比重是非常大的。演示實驗教學是教師利用課堂時間為學生演示，在操作的同時引導學生對實驗進行觀察、思考和分析的一種物理教學方式。好的演示實驗不但能激發(fā)學生的學習興趣，而且有利于幫助學生克服思維定勢，開拓學生思維，激勵學生敢于標新立異，提出富有新意的實驗方案，以此激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，演示實驗是培養(yǎng)學生觀察能力、思維能力和探索精神的有效辦法。

液體的表面張力，是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于液體內(nèi)部的分子所受力是不同的。在液體內(nèi)部的分子受到周圍液體分子的作用力的合力為零，但在液體表面的分子卻不如此。因上層空間氣體分子對它的吸引力弱于內(nèi)部液體分子對它的吸引力，該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。如圖1所示是一張在特殊條件下拍攝得到的顯示液體表面張力的圖片。

1.演示實驗在物理教學中的作用

在物理教學中運用演示實驗，能起到創(chuàng)造環(huán)境、激發(fā)興趣、加深理解、加強記憶、培養(yǎng)能力和良好科學態(tài)度、科學作風等作用，有助于提高教學質(zhì)量。

1.1創(chuàng)造良好的物理環(huán)境，激發(fā)學生學習興趣。

“興趣是最好的老師”，在物理教學中，學生一旦對物理產(chǎn)生了興趣，就會積極主動地學習，就能達到事半功倍的教學效果。許多科學家取得偉大成就的原因之一，就是對物理有濃厚興趣和強烈的求知欲望。

在做液體表面張力的實驗前，教師可以先向?qū)W生提問：“我們的硬幣能不能浮在水上？”根據(jù)學生的前概念，硬幣的密度比水的要大，肯定不會浮在水上，然后老師可以打一盆水，拿出一枚一角硬幣，提醒學生仔細觀察，慢慢將硬幣放在水面上，如圖2所示：

實驗結(jié)果是硬幣能浮在水面上，出乎學生意料，實驗現(xiàn)象與學生頭腦中原有認知發(fā)生沖突，學生會產(chǎn)生進一步探索的欲望，會積極主動地學習新知識。

1.2培養(yǎng)學生觀察、分析和實踐能力。

在物理教學過程中培養(yǎng)學生觀察能力是一項重要任務，觀察是獲得感性認識的途徑，是進行思維加工的素材，善于觀察才能善于發(fā)現(xiàn)、善于探索，具有敏銳、準確、全面、深刻的觀察能力是學生日后從事教學改革和科學研究不可缺少的素養(yǎng)[2]。以下面的實驗為例進行說明：

（1）在空的杯子下方用鐵釘鉆3個小孔（孔與孔之間的距離大概在5毫米左右）；

（2）將杯內(nèi)注滿水，水是分為3股從3個孔中流出來的（圖4）；

（3）用大拇指和食指將這些水流捻合在一起（圖5）；

（4）手拿開后，3股水就會合成一股（圖6）；

（5）如果我們用手再擦一下罐上的小孔，水就又會重新變成3股。

此實驗用材簡單，實驗效果顯著，學生易于觀察，能一目了然地看出是水的張力使水流分合，能提高學生觀察、分析的能力。

1.3加深對物理知識的理解。

教師在課堂教學中運用演示實驗，能使學生建立生動直觀的物理圖像，從而形成深刻的感性認識，有利于加深學生對物理現(xiàn)象、物理概念、物理規(guī)律的理解。以一個鍋巴肥皂實驗和手推牙簽實驗為例說明。

（1）把牙簽小心地放在水面上（圖7）；

（2）把鍋巴放入水盆中離牙簽較遠的地方（圖8），牙簽會向鍋巴方向移動（圖9）；

（3）換一盆水，把牙簽小心地放在水面上，現(xiàn)在把肥皂放入水盆中離牙簽較近的地方。牙簽會遠離肥皂（圖10、圖11、圖12）。

當鍋巴被放入水盆的中心時，鍋巴會吸收一些水分，所以會有很小的水流往鍋巴方向流，而牙簽也跟著水流移動。但是，當我們把肥皂投入水盆中時，水盆邊的表面張力比較強，所以會把牙簽向外拉。學生在動手過程中對已經(jīng)學過的物理理論知識慢慢領悟，逐漸鞏固學過的知識。

用自己的手指不接觸牙簽，慢慢靠近牙簽，牙簽也會隨著手的移動而移動，如下圖13、圖14、圖15：

這是由于水的表面張力所致的，手推動水，由于水的張力推著牙簽向前運動。這些實驗學生平時在生活中可能有所接觸，但是沒有太過留心，如果在課堂上教師展現(xiàn)出來，就能使學生倍感親切，對于教師論述的理論知識會非常感興趣，能夠更好地加深對所學物理知識的理解。

2.關于改進演示實驗的幾點思考

2.1改變演示實驗原有的形式。

有些教師認為演示實驗就是看別人做實驗，其實這種觀點是非常不全面的，學生在觀看實驗的過程中有可能不會投入過多思考，這樣就達不到預期的效果。演示實驗形式不僅是“教師演，學生看”，還可以是“教師導，學生演”。在教學中可以大膽放手讓學生在講臺上做演示實驗，這樣對學生的發(fā)展是大有裨益的，如硬幣放在水面的實驗，大可以讓學生上講臺演示，加深學生的感性認識。

2.2運用多媒體手段，強化實驗效果。

一般的演示實驗，可以在教室內(nèi)或者實驗室內(nèi)在很短時間有效完成，但是有些實驗在實驗室內(nèi)很難在較短時間內(nèi)完成，如共振使玻璃杯震碎的實驗，這個實驗要經(jīng)過多次調(diào)試，需要很長時間。我們可以通過多媒體放映已經(jīng)調(diào)試好的實驗的拍攝視頻，讓學生明白聲音的頻率與杯子的固有頻率達到一致時能發(fā)生共振現(xiàn)象。利用多媒體等手段增強效果。在做演示實驗時，有些實驗現(xiàn)象學生看不清，在不同程度上阻礙學生發(fā)展。教師要想方設法增大演示實驗的可見度。投影放大、自制可見度大的儀器進行演示等都是常用的方法。

2.3加強學生配合，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

演示實驗時要注意不僅現(xiàn)象清楚，而且面向全體學生。充分調(diào)動每一個學生學習的積極性，使實驗結(jié)論合情合理地被推導出來，讓學生真正成為課堂的主體。教師要想方設法增大演示實驗的可見度。在實驗操作上讓學生積極參與，如讓學生上前讀數(shù)或動一動手，讓學生充分了解實驗內(nèi)容。演示實驗在教師指導下讓學生參與，加深理解和掌握物理概念和規(guī)律[2]。

參考文獻：

[1]羅琴.淺談初中物理演示實驗[J].才智，2012（18）：98-99.

[2]王晨陽，楊廣武，張存華.演示實驗在物理教學中的地位與作用[J].蒲峪學刊，1999（1）：80-81.

[3]劉春紅.演示實驗在課堂教學中的作用[J].讀與寫（教育教學刊），2011（12）：128.