例析缺點(diǎn)列舉法在初中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

鐘平珍 彭朝陽(yáng)

摘 要：本文采用了缺點(diǎn)列舉法對(duì)初中物理中的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，讓學(xué)生能夠更加形象、直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解實(shí)驗(yàn)原理，從而提高物理課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：初中物理實(shí)驗(yàn)；缺點(diǎn)列舉法；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)ax標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）4-0011-4

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)的形成和發(fā)展起著根本性的作用。然而，現(xiàn)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備中普遍存在著系統(tǒng)誤差大、可見度低、不夠形象直觀等缺點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能充分發(fā)揮作用，使學(xué)生缺失對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的興趣。缺點(diǎn)列舉法是創(chuàng)造技法中常見的一種技法，應(yīng)用缺點(diǎn)列舉法對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)就是通過(guò)發(fā)掘?qū)嶒?yàn)的缺陷，把它一一列舉出來(lái)，然后找出改進(jìn)方案。初中生的抽象思維能力比較弱，形象直觀的物理實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)初中生學(xué)習(xí)物理的興趣，以及學(xué)好物理尤為重要。以下是應(yīng)用缺點(diǎn)列舉法對(duì)人教版八年級(jí)物理下冊(cè)物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的實(shí)例。

1 缺點(diǎn)列舉法對(duì)“探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在探究阿基米德原理一節(jié)中，教材中的實(shí)驗(yàn)操作為：1）如圖1甲所示，用測(cè)力計(jì)測(cè)出某物體所受的重力；2）如圖1乙所示，把被測(cè)物體浸沒(méi)在盛滿水的溢水杯中，讀出這時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)，同時(shí)，用小桶收集物體排開的水；3）測(cè)出小桶物體排開水所受的重力；4）測(cè)出小桶所受的重力。經(jīng)過(guò)計(jì)算學(xué)生可得出物體所受的浮力與它排開水的重力相等。

本實(shí)驗(yàn)的主要缺點(diǎn)是操作步驟比較繁瑣，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀性不強(qiáng)，需要學(xué)生具備一定的邏輯思考能力。所以，針對(duì)實(shí)驗(yàn)存在的缺點(diǎn)尋找改進(jìn)方法，能夠使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單而且直觀有效地探究出阿基米德原理。

為此，我們可以將其改進(jìn)為如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：彈簧、溢水杯、小燒杯、小桶。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①如圖2甲所示將小桶與某物體掛在彈簧下端，待彈簧穩(wěn)定長(zhǎng)度不再改變時(shí)，記下此時(shí)彈簧下端所在的位置。

②如圖2乙所示，將甲中的物體慢慢浸入裝滿水的溢水杯中直到物體完全浸沒(méi)在水中，可發(fā)現(xiàn)彈簧慢慢上升，用小燒杯收集溢出的水。

③如圖2丙所示，將收集到的水倒入小桶中，此時(shí)物體仍然浸沒(méi)在水中，觀察發(fā)現(xiàn)彈簧下端再次下降到操作1中彈簧下降記錄的位置。

④教師引導(dǎo)學(xué)生畫出如圖3所示的3個(gè)過(guò)程中物體的受力分析圖，結(jié)合實(shí)驗(yàn)與受力分析圖可以直觀地發(fā)現(xiàn)甲、丙兩過(guò)程T1= T1，G=G，F(xiàn)浮=G排。

實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)比較物體完全浸沒(méi)在水中受到浮力時(shí)加上排開水的重力彈簧下端所在的位置，與物體只受重力時(shí)彈簧下端所在的位置相同，再結(jié)合物體的受力分析，結(jié)合二力平衡知識(shí)可知物體所受的重力等于物體排開水的重力。

學(xué)生已學(xué)過(guò)二力平衡知識(shí)，可直觀得到物體所受的重力等于物體排開水的重力。由此，用另一種實(shí)驗(yàn)方式證明了阿基米德原理。

2 缺點(diǎn)列舉法對(duì)“探究重力方向”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在人教版八年級(jí)下冊(cè)第七章第三節(jié)《重力》一節(jié)中，重力的方向是教學(xué)的難點(diǎn)。教材中首先說(shuō)明用線將物體懸掛起來(lái)后物體靜止時(shí)線的方向就是重力的方向，并說(shuō)明該方向?yàn)樨Q直向下。然而，這個(gè)實(shí)驗(yàn)只演示了物體在某一固定點(diǎn)重力的方向，很多學(xué)生不能理解在整個(gè)地球表面 “豎直向下”的含義，有的學(xué)生理解是與地面垂直，或者是指向地心。

針對(duì)該演示實(shí)驗(yàn)的不足可進(jìn)行以下改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)器材：直尺、圓柱形金屬框、細(xì)線、小立方體木塊。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①如圖4所示，將金屬框固定在直尺上，將小立方體用細(xì)線懸掛在金屬框中心。觀察細(xì)線下垂的方向，可觀察到細(xì)線下垂的方向?yàn)樨Q直向下。

②如圖5所示，緩慢移動(dòng)直尺，改變直尺與地面間的傾斜度，在移動(dòng)的過(guò)程中觀察細(xì)線的下垂方向。可發(fā)現(xiàn)在改變直尺的傾斜程度的過(guò)程中細(xì)線下垂的方向仍為豎直向下。

實(shí)驗(yàn)原理：重力的方向始終為豎直向下，跟所處位置的斜面無(wú)關(guān)。

該實(shí)驗(yàn)在改變直尺傾斜度的過(guò)程中，相當(dāng)于在地球不同傾斜程度的表面形象、直觀地展示了重力的方向。

3 缺點(diǎn)列舉法對(duì)“探究浮力產(chǎn)生的原因”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常用乒乓球上浮的實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明浮力產(chǎn)生的原因。如圖6所示，取一個(gè)瓶口內(nèi)徑略小于乒乓球直徑的塑料瓶，去掉其底部，把一只乒乓球放到瓶口處，然后向瓶里注水，會(huì)發(fā)現(xiàn)水從瓶口流出，乒乓球不上浮。若用手指堵住瓶口，不久就可觀察到乒乓球上浮起來(lái)。開始時(shí)乒乓球上表面受到液體壓強(qiáng)和大氣壓的作用，下部分沒(méi)有液體只受大氣壓的作用，乒乓球沒(méi)有上浮，用手堵住瓶口時(shí)乒乓球上浮，說(shuō)明乒乓球下表面受到液體的壓強(qiáng)大于上表面。

該實(shí)驗(yàn)有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但是堵住瓶口，球下表面產(chǎn)生液體壓強(qiáng)的過(guò)程不太明顯。學(xué)生不易理解堵住瓶口為什么球下表面就可以受到液體壓強(qiáng)。

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)的不足可進(jìn)行以下的改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)大燒杯、一個(gè)底部有孔的小燒杯、水、兩個(gè)三角形支架、長(zhǎng)方體木塊。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①如圖7所示，放置好燒杯和木塊，使小木塊能完整地堵住小孔，將水倒入小燒杯中，可觀察到木塊沒(méi)有上浮。

②如圖8所示，將水倒入大燒杯中，當(dāng)水沒(méi)過(guò)小燒杯底部繼續(xù)加水，可發(fā)現(xiàn)木塊開始慢慢上浮。

實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)將水注入小燒杯過(guò)程中，小木塊的側(cè)面首先受到了水的壓力，此時(shí)長(zhǎng)方體側(cè)面所受液面的壓力相互平衡。當(dāng)水沒(méi)過(guò)木塊時(shí)木塊上底面受到水的壓力F，下底面沒(méi)有受到水的壓力，因此木塊不能上浮。當(dāng)將水注入到大燒杯沒(méi)過(guò)下底面到達(dá)一定深度時(shí)，木塊下底面受到水的壓力F，當(dāng)F+ G

通過(guò)前后兩次實(shí)驗(yàn)的演示對(duì)比，學(xué)生可形象、直觀地觀察到小木塊下表面有液體和無(wú)液體兩種情況下的沉浮情況?？芍苯永斫饨谝后w中的物體是由于上、下表面不同的壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓強(qiáng)差而受到浮力。

4 缺點(diǎn)列舉法對(duì)“研究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

如圖9所示，在教材中的實(shí)驗(yàn)步驟為：1）用彈簧測(cè)力計(jì)勻速拉動(dòng)木塊，使它沿水平長(zhǎng)木板滑動(dòng)，從而測(cè)出木塊與模板之間的滑動(dòng)摩擦力；2）改變放在木塊上的砝碼，從而改變木塊對(duì)長(zhǎng)木板的壓力，測(cè)出此種情況下的滑動(dòng)摩擦力；3）換用材料相同但表面粗糙的長(zhǎng)木板，保持木塊上的砝碼不變，測(cè)出此種情況下的滑動(dòng)摩擦力。

此實(shí)驗(yàn)的不足在于，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須勻速拉動(dòng)木塊才能保證彈簧示數(shù)的大小為摩擦力的大小，而在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中難以保證勻速拉動(dòng)，否則彈簧的示數(shù)將改變，容易使學(xué)生認(rèn)為此時(shí)的滑動(dòng)摩擦力是變力。

為此，可對(duì)該實(shí)驗(yàn)做以下改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測(cè)力計(jì)、小木塊、粗糙程度不同的木板若干、砝碼。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①如圖10所示，將彈簧測(cè)力計(jì)一端固定在墻面，拉動(dòng)木板，使其與小木塊相對(duì)滑動(dòng)，待木塊相對(duì)地面靜止時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，測(cè)出木塊與長(zhǎng)木板之間的滑動(dòng)摩擦力。

②改變放在木塊上的砝碼，從而改變木塊對(duì)長(zhǎng)木板的壓力，拉動(dòng)木板，使其與小木塊相對(duì)滑動(dòng)，待木塊相對(duì)地面靜止時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，測(cè)出此種情況下的滑動(dòng)摩擦力。

③換用材料相同但表面粗糙程度不同的長(zhǎng)木板，保持木塊上的砝碼不變，拉動(dòng)木板，使其與小木塊相對(duì)滑動(dòng)，待木塊相對(duì)地面靜止時(shí)讀出彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，測(cè)出此種情況下的滑動(dòng)摩擦力。

實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)拉動(dòng)木板時(shí)，木塊與木板相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即木塊受到滑動(dòng)摩擦力；當(dāng)木塊相對(duì)地面靜止木塊受力平衡，即彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)與滑動(dòng)摩擦力相等。

將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行上述改進(jìn)之后，不需勻速拉動(dòng)木塊，只要將木板拉動(dòng)，摩擦力與彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就相等。且彈簧的示數(shù)不改變，使實(shí)驗(yàn)更加嚴(yán)密。

5 缺點(diǎn)列舉法對(duì)“研究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

為進(jìn)一步說(shuō)明流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，教材練習(xí)中設(shè)置一個(gè)實(shí)驗(yàn)（如圖11所示），把長(zhǎng)20 cm左右的飲料吸管口貼靠在A管的上端。往B管中吹氣，可看到A管中的水面上升，如果用力吹氣，A管中的水將從管口流出。由此可證明流體流速越快壓強(qiáng)越小。

在上述實(shí)驗(yàn)中，要能夠觀察到明顯持續(xù)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，要求實(shí)驗(yàn)操作者持續(xù)地從B管中吹氣并且需將A、B管口對(duì)準(zhǔn)。要使水從A管流出，吹氣時(shí)間更長(zhǎng)。因此，保證該試驗(yàn)有較好的實(shí)驗(yàn)效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)者有一定的要求。

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)存在的不足，可進(jìn)行以下改進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)器材：塑料瓶、50 mL注射器、兩根飲料吸管。

實(shí)驗(yàn)步驟：

如圖12所示，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)推進(jìn)注射器時(shí)可觀察到A管中的水上升?？焖偻七M(jìn)注射器時(shí)可觀察到水柱從B管口噴出。

實(shí)驗(yàn)原理：在推進(jìn)注射器過(guò)程中，A管上方的空氣流速變大，壓強(qiáng)減小，A管上、下方產(chǎn)生了壓強(qiáng)差，因此A管中的水柱上升?？焖偻苿?dòng)時(shí)B管中的氣體流速增大，A管壓強(qiáng)差變大，水柱從B管口噴出。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后可有效控制B管中的氣體流速，即控制A管上、下的壓強(qiáng)差，可使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生連續(xù)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

在教學(xué)過(guò)程中，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)時(shí)，我們不能忽視它。如果習(xí)以為常地認(rèn)為它對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)造成太大的干擾沒(méi)有想辦法改進(jìn)，那么將錯(cuò)失創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，并且讓學(xué)生誤以為這樣的缺點(diǎn)存在是不可避免的。所以，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該積極去發(fā)現(xiàn)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中存在的不足，并且一一將它列舉出來(lái)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷探索發(fā)掘改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法，這樣不僅能使實(shí)驗(yàn)設(shè)備有所提升，降低實(shí)驗(yàn)誤差，使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯，而且能提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和正確的價(jià)值觀。應(yīng)用缺點(diǎn)列舉法，能促使教師在教學(xué)工作中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的不足并探索改進(jìn)實(shí)驗(yàn)不足，從而提高課堂教學(xué)效率。

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（欄目編輯 趙保鋼）