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第16章 物理活动课内容选编(6)

(1)开展家庭物理实验活动,学生从寻找仪器和自制仪器开始,通过做物理实验亲自观察到实验现象,掌握了物理规律,这一过程是学生掌握知识的重要途径,是科学研究的重要方法,又能增强各种类型学生的学习动力,如在讲惯性课前可布置三个小实验:(一)如图1把钢笔帽竖直立在放在水平桌面边缘的纸条上,先慢慢抽出纸条,再急速抽出纸条,观察两次实验结果。(二)把装满水的杯子在水平桌面上运动一段距离,然后突然停止,观察杯里水的溢出方向。(三)观察吹灭蜡烛火焰的过程。通过课堂上教师对学生实验时所观察到的现象的分析,归纳出固体、液体、气体都有惯性。又如,在学大气压强课前,教师可以出题“空气有重量吗?”取刻度尺(学生尺)一只,两个等大的气球,3根棉线。把刻度尺中间钻一小孔,穿入棉线吊起,气球分别系在刻度尺两端,使刻度尺平衡(见图2)。用针刺破任一个气球,观察刻度尺是否还平衡。

再如:用有盖空牙膏皮做物体沉浮实验(见图3)。学生在家做了实验,观察到了物理现象,必将激起他们探知欲望,积极主动地寻找答案,做好课前预习,再通过老师的讲解和分析,找出答案,就能真正理解物理概念和规律。

(2)开展家庭物理实验有利于培养学生学习物理的兴趣和求知欲。学生都有好奇心,这正是诱发他们学习科学知识的重要因素。如在学习热水是不良导体前,可布置学生做如下实验。取只试管装入冷水和几条小鱼,然后用蜡烛对上端水面加热。上面的水已经沸腾了,鱼还在水中游动,手指也不感到烫(见图4)。此实验生动有趣,学生自己实验后,一方面感到物理并不枯燥、难懂,而是一门十分有趣的课程,另一方面也感到好奇,为什么水开了而鱼不死,手不烫呢?正是这种好奇促使他们产生探究心理。

(3)开展家庭物理实验,有利于学生获得正确的物理知识。学生自制仪器做实验得到的感知,能纠正学生以常识和想象理解物理知识的不正确的思考方法,能使学生加深对物理现象的认识,形成正确的物理概念,并掌握其规律。如让学生做这样的实验,取带上下竹节的竹筒一段,把竹筒上下底各钻一小孔,侧面对称钻6个小孔,然后把竹筒全部浸入水中装满水,问拿出水面后只要堵住哪个孔水就不往外流(见图5)。学生没有实验前总认为要堵住下底一孔,但实验时堵不住水流,经过探索后找出要堵住的却是上底一个孔,与自己想象的正好相反。此实验可使学生对大气压的概念加深理解。

开展家庭物理实验的优点:

(1)学生亲历其境,易于深刻理解物理概念的物理意义或物理规律的适用条件。学生有较多的操作机会,利于培养学生的实验技能技巧。

(2)学生在家做实验,从寻找器具自制仪器,实验操作,观察实验现象,分析结果,到得出物理规律,整个过程都是学生自己完成,学生的创造力得以发挥,发散性思维能力得到发展,显然有利于培养学生独立工作的能力。

(3)能减少国家的投资和学校的人力、财力、物力的投入,以便给学生创造更多的实验环境和条件。

开展家庭实验的方法:

(1)教师根据教学内容,先拟定实验提纲,提出研究的问题,交待实验设计原理,指出观察重点。引导学生分析实验结果。

(2)教师必须因地制宜,因人制宜,使取材简便,实验生动有趣且学生能独立完成。

(3)教师组织交流学生的小实验,让他们相互取长补短,使学生的小实验水平不断提高,组织讨论小实验中所遇到疑难问题,使他们能力不断发展。

课外电学小实验

陕西省丹凤中学贾永丰老师介绍了如下几种:

亮度有差别的灯:

找一只“220V,15W”的灯泡A和一只“220V,60W”的灯泡B,与一只双刀双掷开关连接成如图所示的电路。当开关扳向上方时,则见灯A比灯B要亮些;当开关扳向下方时,则见灯B要比灯A亮些。选用的两灯的额定功率相差越大(如用15W与100W),则两种情况下亮度差别也越大。请你做一下这个实验并分析其中的原因。实验时应注意防止触电。

盐水电池:

取一玻璃瓶,内盛饱和食盐水溶液,将相同长度的铜丝和铝丝各一根,分别插入瓶中,就成了一个盐水电池。若把耳机或舌簧喇叭的两极引线分别在铜丝和铝丝上碰触,则能听见“咯吧”声。如果两根金属丝都用铜丝或都用铝丝,碰触时有无“咯吧”声?请试试看。

如果用万用电表测一下盐水电池两极的极性,则可知铜丝为正极,铝丝为负极。当电极换成碳棒与锌皮时,则碳棒为正极。锌皮为负极,想一想为什么?

电解食盐水:

将两节干电池串联成3V电池组,两极分别用导线引出浸在饱和食盐水中,细心观察哪根引线端冒出的气泡多,并加以解释。根据这个实验,想一想,如果一个电池没有标明正负极,你能否用电表判断出它的正负极来?

电磁感应的实验:

找一只性能良好的舌簧喇叭,将音圈两端引出两条导线含在口内舌头上,注意两线不能相碰。用大拇指把舌簧片扳动一下,你就会有麻电的感觉;扳动得越猛烈,则这种感觉越明显,做这个实验并解释这种现象。

自感的实验:

找一个日光灯镇流器和一个氖管(或日光灯启辉器去掉外壳和小电容),并联后用两手分别捏其两端同时与一节干电池的两极碰触,当电源断开时,你会有麻电的感觉,同时会看到氖管发出闪亮的辉光。

磁棒上的实验:

将一台晶体管收音机后盖打开,接通电源,音量开在最大,选一电台广播收听,此时若用一根短导线弯成封闭圆环套在磁棒上,收音机声音立即减小,而且封闭圆环越靠近线圈,声音就越小;如果圆环有开口,则不会发生上述现象,做这个实验并分析原因。

九年级物理实验的引申

九年级物理实验有很多,如验证性实验、探索性实验等,这些实验有的是老师在课堂中的演示实验,也有学生分组实验。在九年级复习中运用学生所掌握的知识,在原来的实验基础上,进行引申性复习,指导学生进行探索和研究,将有利于培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力。为此湖州市常路中学上官冰潮老师作了一些尝试。

问题一:一个充好电的蓄电池,由于电源正、负极标志模糊不清,请想办法把它们区分开来方法一:应用电流的化学效应。

器材:电键一个、碳棒两根、导线若干、硫酸铜溶液一杯(约500ml左右、浓度适中)具体做法:把蓄电池、电键和碳棒用导线组成串联电路,把两根碳棒插入硫酸铜溶液(注意:碳棒间不能接触。为什么?)闭合电键,数分钟后,从溶液中取出碳棒,观察现象:其中一根碳棒上出现了红色的铜。这根出现红色铜的碳棒是跟电源负极相连的,则另一极便是正极。

方法二:应用电流的磁效应。

A器材:电键一个、螺线管一个、已知N极的小磁针一枚、导线若干。

具体做法:将电键、螺线管和蓄电池用导线串联起来,把小磁针放在螺线管一端。根据磁针的指向,用安培定则(Ⅱ)判别出通电螺线管中的电流方向,便可确定蓄电池的正、负极。

B器材:电键一个、滑动变阻器一个、已知N极的小磁针一个、导线若干。

具体做法:将电键、滑动、变阻器和蓄电池用导线组成串联电路(电键断开、滑动变阻器的滑片置于阻值最大位置上),把小磁针放在导线的下面。闭合电键,观察小磁针静止时的N极的指向。若磁针偏转不明显,可调节滑动变阻器,使得磁针偏转较为明显。根据磁针的指向,用安培定则(Ⅰ)判断出直导线中的电流方向。这样便可确定蓄电池的正、负极。

在“问题一”的复习中,我以电流效应为基础,以安培定则为依据,理论联系实际,从而达到举一反三的效果。

问题二:测定一个电阻的阻值方法一:伏安法测电阻器材:伏特表、安培表、电键、待测电阻、电池组、导线若干。

具体做法:按图1将伏特表、安培表、待测电阻、电池组用导线组成电路。改变电池的个数,分别测出三组电表的读数,应用公式R=UI,求出R1、R2、R3,并求出=13(R1+R2+R3)。

伏安法测电阻是最基本的测电阻方法,是学生必须掌握的,不但要求能熟练地进行,且要正确无误。在此基础上,提出新的问题:若安培表与伏特表中两者缺一,能否测出电阻的值,若能,则还需要增添哪些器材。

方法二:若只有安培表,需增添一个电键和一个定值电阻R0(电池组电压不变)。

A具体做法:按图2将各器材连接起来。分别闭合K1和K2,测出通过R0的电流强度I0和通过Rx的电流强度Ix。因为电源电压不变,所以U0=Ux,即I0R0=IxRx,所以Rx=I0IxR0。

B具体做法:按图3将各器材连接起来。(其中K1亦可跟Rx并联)将K1打开、K2闭合,测得串联电路中的电流强度I,则U′=I(R0+Rx)然后再闭合K1(此时R0短路),测出只通过Rx的电流强度Ix则U″=IxRx,因为电池组的电压不变,所以有U′=U″,即I(R0+Rx)=IxRx,故Rx=LIx-IR0。

方法三:若只有伏特表而没有安培表时,则需增添一个定值电阻R。

具体做法:将待测电阻Rx和定值电阻R0、电键、电池组用导线串联起来(如图4),用伏特表分别测出Rx和R0两端电压Ux和U0,根据串联电路特点:Ix-I0。所以UxRx=U0R0,即Rx=UxU0R0。

总之,在学生掌握较好的知识点上加以指导和引申,改变实验条件,使学生摆脱单一、狭隘的思路,不仅提高了复习效果,还可以培养学生把所学的知识运用到实验中的综合能力,以达到融会贯通之效果。

巧判液柱移动方向

判断水银柱移动方向问题是热学中常见的一类问题。河北藁城中学张保堂老师介绍了一种新方法——压强变化法。引起压强变化,导致液柱移动的原因主要有以下几类:

①气体的温度变化;②水银柱系统位置变化;③系统作变速运动;④添、减水银。

以上几类问题均可通过分析压强的变化来解决。不同的问题,分析压强变化的方法不同,现举例说明:

例1两端封闭的U形管内有一段水银柱如图1,右端水银面比左端高,左端气体温度比右端高,当使两端空气柱升高同样温度时,水银面变化情况是:

A左降右升;B左升右降;C保持原状;D上述情况都有可能。

析与解本题属第一类问题。解答这类问题先假定气体体积不变,分析气体压强的变化情况。即先假定水银面位置不变,则左右两侧气体做等容变化,比较两侧气体压强随温度的变化情况而得出结论。哪一边压强增量小液柱就向哪边移动。

压强随温度变化情况可根据公式△p=(T/p)△T得知。由题知:温度升高前p左>p右,T左>T右,故气体压强增量可能出现三种情况:左侧增量大,右侧增量大;两侧增量相等,故应选D。

例2如图2所示,外界大气压为1标准大气压,当玻璃管竖直放置时,管内外水银面高度差h=74厘米,若保持温度不变,则玻璃管缓慢向上提起时,管内水银柱长度将:

A变小;B变大;C不变;D无法确定。

析与解本题属于第二类问题。先假定气体体积不变,则随玻璃管上提,管内外水银面高度差增大,这时气体所受外界压强将减小,气体将膨胀,据玻意耳一马略特定律知平衡后气体压强将减小,即平衡后的气体压强P′气=P0-Ph′将小于初始的气体压强P气=P0-Ph由此得Ph′>Ph,即P汞gh′>P汞gh,进而得,h′>h,即管内水银柱长度变大,故应选B。

类似的方法还可以分析将管下压,倾斜等情况下水银柱的长度变化,气柱的长度变化等问题。这一类问题利用图象法很难解决。

例3U形管两端封闭有气体,U形管竖直放置时,两管水银面的高度差如图3所示,如果U形管自由下落,则:

A水银向A管流动,使两管水银面高度差增加;B水银向B管流动,使两管水银面高度差减小;C水银不流动,原两管水银面高度差不变;D因不知封闭气体原来的压强,故无法判定。

析与解本题属第三类问题。解答此类问题应结合牛顿第二定律来分析,即根据加速度的方向确定水银柱所受合外力方向,进而得出与水银柱所接触的气体的压强如何变化,从而得出结论。此题可选A管高出B管的水银柱为研究对象,当系统自由下落时,说明水银柱所受合外力向下,不难得出A端压强增大,气体体积减小,故应选A。

同样的方法还可分析向上加速、水平加速及管绕某一轴旋转等问题。

例4如图4,上端封闭的连通器A、B、C三管中水银面相平,三管横截面积的关系是SA>SB>SC,管内水银上方的空气柱长度关系为lA<lB<lC,若从下方通过阀门K流出少量水银(保持三管中均有水银),则三管中水银面的高度关系是:

A管A中水银面最高;B管C水银面最高;C一样高;D条件不足,不能确定。

析与解此题属第四类问题。此类问题的解题思路是:可假设三管中气体随水银的流出均等温膨胀为原来的n倍。因原来三管液面相平,气体压强相等,由玻意耳-马略特定律可知三管气体膨胀相同倍数后,气体的压强仍相等,而此时管C中液面最低,又造成液、气系统不可能平衡。要平衡,管C中气体压强应增大,必须气柱缩短、液面升高,与此同时A、B中的液面下降,但因SA>SB>SC,所以A中液面下降最少。显然,水银流出管A液面总保持最高,故应选A。

综上所述,解答液柱移动类问题,关键是找出气体压强如何变化,进而确定水银柱如何移动。第一类先假定等容,由查理定律判断压强的增量;第二类问题可利用假设法结合玻意耳-马略特定律来分析;第三类是结合牛顿运动定律来分析,故在实际问题中应采用不同的方法灵活处理。

光学小实验

同学们已经学习了一些光学的初步知识,现在请你们动手作几个有趣的光学小实验,在实验过程中希望你们能做到:边动手实验,边用眼观察、边动脑思考、最后总结出应有的结论。

实验一,如图1所示:在桌面上放一块木板,在木板上铺一张白纸,纸上画一条直线EF,将平面镜的底边沿这条线放在纸上,在镜前画一条直线AB与EF交于O点,在直线AO上插大头针A和B。

观察平面镜里有什么现象出现?A′和B′是大头针A、B的什么像(虚像还是实像?)在镜前插上大头针C,插针时用眼沿A′B′O线观察,直到C和A′B′O完全重合时,才把C针插上。同样再插上大头针D。

手里再拿一枚大头针H,在镜后找A′的位置,当用眼观察到H和A′完全重合时,插上H针,则大头针H的位置即为虚像A′的位置。取下平面镜,连接CDO,AA′直线,用尺量A′I和AI,将发现AI=A′I,∠AIO=90°,想一想这种现象说明了什么问题?可以得出什么结论?

通过实验证明了平面镜所成虚像的位置A′和物体位置A对镜面对称,镜面恰好是物体和虚像连线垂直平分线。

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