初中氣象物理教學(xué)的探討

李遠(yuǎn)志

在初中物理中包含了很多氣象知識，特別是物態(tài)變化的知識，例如雪、霧、樹掛、冰雹等。在四季中，我們都能夠找到物態(tài)變化讓學(xué)生去解釋。然而氣象受到季節(jié)、時(shí)間、地點(diǎn)的要求，例如在南方見到冰雹就是挺難的。那么如何能夠不局限于四季和地點(diǎn)的變化，在課程中把氣象中的物理知識挪到課堂上與我們的學(xué)生分享呢？能不能在課堂中直觀、生動(dòng)的將一些氣象現(xiàn)象的形成現(xiàn)場展示給我們的學(xué)生呢？

在講解物態(tài)變化這部分知識的時(shí)候，我們大家可以嘗試模擬“霜”和“冰花”。

物態(tài)變化這一部分的內(nèi)容我們是在9月份的時(shí)候講授，這個(gè)季節(jié)湖南還比較熱，不太容易看到霜的形成，所以就嘗試把它挪到課堂里頭來。首先準(zhǔn)備一個(gè)空的易拉罐，還有少量冰塊和鹽，緊接著把冰塊放入易拉罐，這時(shí)我們會看到易拉罐的側(cè)壁上有一層液態(tài)的小水珠，這就是一種物態(tài)變化——液化。然后我們往易拉罐里加入鹽（冰塊和鹽的比例是3比1），用筷子稍微攪拌一下，罐底就出現(xiàn)了一層白霜。等待時(shí)間長一點(diǎn)，白霜的效果會更明顯。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)除了使用冰塊之外，也可以用給汽車降溫用的冷凝劑來代替。具體操作步驟如下：準(zhǔn)備一張餐巾紙，將其濕透后放在桌子上，將噴霧狀的冷凝劑噴在紙上，這時(shí)汽化帶走大量熱量，溫度迅速降低，這張紙就結(jié)冰變硬了。這時(shí)我們用電子溫度計(jì)測量室溫為20度，再將觸頭接觸紙巾，顯示為零下13度。如果沒有數(shù)字溫度計(jì)怎么辦呢？其實(shí)也可以用實(shí)驗(yàn)室一般的液體溫度計(jì)代替，效果也很明顯。怎么演示呢？我們拿出液體溫度計(jì)，量出室溫為20度，將冷凝劑對準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行噴射，溫度迅速下降到將近零下30度了，這其實(shí)就是利用蒸發(fā)吸熱，汽化吸熱的原理。我們可以引導(dǎo)學(xué)生通過凝固或者是溫度降低兩種現(xiàn)象來理解汽化吸熱。

現(xiàn)在我們來總結(jié)一下這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)。氣象變化是每個(gè)學(xué)生都很容易觀察和感受到的，然而在我們真正在課堂上學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的時(shí)候，南方的同學(xué)容易受到地域的限制，很難看到霜的自然形成，而即使在北方，九月份和十月份的時(shí)候天氣也沒有那么冷，這種現(xiàn)象也只能通過學(xué)生的回憶來回想。這些實(shí)驗(yàn)就是在環(huán)境溫度比較高的情況下去演示霜的形成。當(dāng)學(xué)生看到在這么高的溫度下都能夠結(jié)冰、凝結(jié)成霜，都非常驚訝。

在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)里，在冰里面加上食鹽，冰開始融化，在融化時(shí)迅速從周圍環(huán)境中吸取了大量熱量，造成空氣中的水蒸氣在急劇遇冷的情況下形成霜。霜的形成屬于物態(tài)變化中的凝華，凝華的條件一定是溫度急劇降低。

在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)里，冷凝劑的特點(diǎn)就是非常容易汽化，所以冷凝劑噴在濕潤的紙巾上，紙就迅速結(jié)成冰了，汽化非常迅速帶走大量熱量，以至于讓濕紙巾結(jié)冰變硬了。

老師們?nèi)绻麠l件允許也可以演示用這張紙巾切豆腐或者換成絲巾來切豆腐。這樣學(xué)生更震撼。這種在創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)中感受到的物態(tài)變化比直接用溫度計(jì)來演示更形象生動(dòng)，學(xué)生印象也更深刻。其實(shí)，學(xué)生的感官體驗(yàn)在教學(xué)中是非常重要的，只聽不如邊看邊聽，邊看邊聽不如邊看邊做邊聽，所以可以讓學(xué)生參與進(jìn)來，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

在講授物態(tài)變化時(shí)，我們還設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)——走酒火。在民間，在沒有外傷的情況下，很多人利用“走酒火”來消腫，他們一般用的是白酒。在我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，則需要準(zhǔn)備75度的酒精，稍微兌點(diǎn)水。將酒精點(diǎn)燃后，用手指蘸一點(diǎn)放在手心上，雙手不斷摩擦，還可以往酒精中加一點(diǎn)食鹽，火光變黃，顏色更明顯，學(xué)生的可視性就強(qiáng)了。按理說，火在皮膚上燃燒，會把皮膚燒傷，那為什么在“走酒火”的時(shí)候卻沒有燒傷呢？因?yàn)槲覀冋旱木凭怯芯埔灿兴模?dāng)溫度升高，在手和火之間的水膜汽化，而汽化過程帶走很多熱量。當(dāng)剩余的熱量傳到手上，雖然感覺到比較熱，但沒有達(dá)到不能忍受的程度。當(dāng)然，不管是老師演示還是讓學(xué)生嘗試的時(shí)候，不能蘸完酒精就不動(dòng)了，因?yàn)樗呛鼙〉囊粚?，很容易就汽化完了，溫度就會升高了。這樣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生是非常感興趣的，帶到課堂中去，學(xué)生一定會非常喜歡。

我們還可以從氣象的角度去講解做功改變內(nèi)能這部分的內(nèi)容。在物理課中這一部分的內(nèi)容是理論分析比較強(qiáng)的內(nèi)容，我們一般通過現(xiàn)象來講解。什么現(xiàn)象呢？瓶塞彈起，瓶口、瓶內(nèi)有白霧。我們會問這個(gè)白霧是怎么形成的呢？然后告訴學(xué)生是內(nèi)部的氣體在對塞子做功，氣體在對外做功的過程中溫度降低，使得周圍的水蒸氣遇冷液化形成小水滴，讓我們看到有白霧。這個(gè)過程對于理解能力比較弱的學(xué)生來說還是比較復(fù)雜的。

我們設(shè)計(jì)的這個(gè)實(shí)驗(yàn)仍然借助數(shù)字溫度計(jì)，數(shù)字溫度計(jì)有一個(gè)探頭，非常靈敏，用手握住后溫度會迅速變化，所以測量的時(shí)候溫度反應(yīng)快，我們就利用這個(gè)特性來做實(shí)驗(yàn)。首先在大瓶塞的上面打一個(gè)孔，將探頭穿過瓶塞，伸到瓶子內(nèi)部，讓它懸在里面，用臘把上面封好，讓它密閉。對瓶內(nèi)打氣的時(shí)候?qū)怏w做功，氣體的溫度升高，通過溫度計(jì)就能看出來。如果沒有溫度計(jì)，只是告訴學(xué)生對氣體做功，氣體的內(nèi)能會增大，學(xué)生是看不見內(nèi)能是怎么增大的。而在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對氣體做功，氣體的溫度會不斷升高，當(dāng)氣體迸出塞子時(shí)，我們以前會說：“溫度降低，液化成水珠”，同樣學(xué)生也不知道溫度是怎么降低的，而利用這個(gè)裝置，學(xué)生能看到溫度從20度變成10多度了。效果非常明顯，學(xué)生再結(jié)合視覺看到白霧，就更加信服了。

其實(shí)物理教學(xué)的理論分析確實(shí)非常重要，然而十三四歲的孩子如何能夠在理論分析的基礎(chǔ)上配合自己直觀的觀察，他會更加信服。

我們使用的這種數(shù)字溫度計(jì)反應(yīng)靈敏，測量準(zhǔn)確，而且成本不高，才十多塊錢就能買到。利用這個(gè)裝置，我們可以直觀看到物體對外做功，內(nèi)能減少，在瓶塞迅速打出去的過程中，能夠看到數(shù)字溫度計(jì)馬上從18、19攝氏度降到13攝氏度。當(dāng)然，在教學(xué)中配合實(shí)物投影效果會更好。怎么讓白氣充盈得更多更明顯呢？里面放一些水，少量兌一些酒精，晃動(dòng)瓶子，等內(nèi)能減少、溫度降低時(shí)會更明顯。如果有些地區(qū)買不到數(shù)字溫度計(jì)或者大瓶子，也可以用礦泉水瓶來模擬。

我們也現(xiàn)場演示一下。首先拿出生活中最常見的礦泉水瓶，往里頭加一點(diǎn)水，然后雙手握住瓶子，分別向相反的方向擰動(dòng)，對瓶蓋做功，來演示做功對物體溫度的改變。如果瓶蓋擰得太緊，可以用手指稍微推一下，瓶蓋迸出的同時(shí)，就會有白氣從瓶口出來。把瓶子壓縮得越緊，對瓶蓋做的功越多，消耗的內(nèi)能多，效果越明顯。在做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，還提醒大家要注意安全，不能對著燈，更不能對著人。

通過這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們感受到物理與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系確實(shí)是非常緊密的。只要我們的老師多去發(fā)現(xiàn)、多去挖掘，是有源源不斷的素材被我們的課堂教學(xué)所應(yīng)用的。

（作者單位：溆浦縣教師進(jìn)修學(xué)校）