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第13章 物理实验教学中的实验演示(7)

演示实验应使现象明显。让每一个学生,特别是最后一排学生都看得清楚。因此,教师应想办法把一些细微的现象进行放大,把一些在水平面上进行的演示“定格”,转化成竖直平面上让学生观察。可能的话,还应尽量把演示实验改为学生实验。

初中物理的演示实验方法

演示实验,可以使教师以较少的语言,在较短的时间内,把要讲述的课题展示在学生面前,唤起学生的强烈求知欲望;可以不受时间和空间的限制,把某些自然现象再现、放大或缩小,生动地呈现在学生的面前,启发学生观察、思维;也可以在一定的范围内将某些物理过程进行分解、简化或压缩,深刻揭示物理量之间的相互影响,寻求其物理变化规律……然而,演示实验的目的,不单单是上述这些。

整个物理学的发展史表明,许多物理学家之所以能作出重大贡献,与他们敢于冲破束缚、运用独特的研究方法是分不开的。众所周知,伽俐略所以能发现“落体定律”和“惯性定律”,其关键就在于他创立了对物理现象进行实验研究并把实验的方法与逻辑论证、数学方法相结合的科学方法。巴甫洛夫曾说过:“科学是随着研究法所获得的成就而前进的。研究法每前进一步,我们就更提高一步,随之在我们面前也就开拓了一个充满着种种新鲜事物的、更辽阔的远景。因此,我们头等重要的任务乃是制定研究法。”物理学的历史发展生动地表明,物理的知识与物理学的研究方法是不可分割的、紧密联系着的。所以,演示实验,还应该把实验的设计与构思、实验的研究方法作为重点内容向学生传授,培养学生树立以实验为基础的科学研究思想,培养学生设计简单实验的能力,使学生逐步掌握一些简单的实验研究方法,为学生深入学习以及将来从事科研工作奠定一个好的基础。大连市庄河县教师进修学校王有山老师总结介绍了初中物理演示实验方法:

运用比例函数研究物理学中的定量实验

初中物理中。弹簧的伸长与拉力的关系、浮力与浸没在液体中的物体体积的关系、滑动摩擦力与正压力的关系、电流与电压、电阻的关系、电阻与长度、横截面积的关系、通电导体放出的热量与电流强度、导体电阻的关系等关系的研究,都是定量的物理实验。初中定量的物理实验,主要是应用比例函数进行研究。

这种实验,首先应该明确量与量之间的因果关系。然后运用比例函数的研究方法进行实验。

让一个自变量成倍数的变化,看其因变量是怎么随之发生变化的,从而就可找出这个自变量跟因变量间的定量关系。如关于虎克定律的演示实验,首先让学生观察弹簧的伸长量跟拉力有关,明确拉力是弹簧伸长的原因。之后,使拉力成倍数的变化,看对应的伸长量是怎么随之发生变化的,得出一组数据后,再进行抽象、归纳得出“弹簧伸长与受到的拉力成正比”的结论。又如电阻定律的演示实验,首先让学生知道电阻的大小跟导体长度、截面、材料有关。然后,通过实验测出某一段导体的电阻。之后,令截面。材料不变,让长度成倍数的变化,看电阻是怎么随之变化的,从而找到电阻与长度成正比的结论;令长度、材料不变,让截面成倍数的变化,看电阻又是怎么随之变化的,从而找出电阻与横截面积成反比的结论;再测量并比较长度、截面都相同而材料不同的两个导体的电阻,说明电阻与材料有关。根据实验数据,抽象、概括总结出电阻定律。通过教学,使学生逐步掌握,应用比例函数定量研究物理规律的实验方法。

实验和逻辑推理相结合的方法

讲惯性定律时,首先仿照伽俐略斜面实验的设计思想,先做一个实验,使一个小车以某一速度经过一粗糙的平面,车很快就停止下来。小车为什么会停止呢?如果没有摩擦和任何阻力,小车的运动将会怎样呢?再作一组实验:使一个小车从同一高度的斜面上滑下来,以相同的速度分别经过铺了毛巾的粗糙表面、铺了棉布的不太光滑的表面、光滑的木板表面,观察小车在三种不同的表面上运动的距离,然后向学生发问:三个小车通过的距离为什么不一样?让学生在观察实验的基础上,积极思维,进行判断、推理,得出惯性定律,使学生受到实验和逻辑推理相结合的物理研究方法的训练。

用反证法指导演示实验

二力平衡条件、杠杆平衡条件等,在实验中应用反证法,均收到较好的效果。

要找出二力平衡条件,首先使一个物体在两个力作用下处于静止状态,从二力平衡现象中寻找二力平衡条件。如图所示装置,小车在水平方向上受两个力作用而处于静止状态,是二力平衡。那么在水平方向上受到的两个力的大小、方向有什么关系呢?让学生观察、分析,得出的结论是:二力的大小相等、方向相反。学生对这个结论是否确信无疑了呢?

通过一次实验得到的结论,往往不一定是规律,常常带有偶然性,甚至是假象。若应用反证法指导实验,虽然实验次数不多,但结论却令人信服。随之提出问题:如果两个力的大小不相等,是否会平衡呢?在其中一侧的吊盘里稍加点砝码,平衡现象立即就被破坏。这个现象说明了什么?(二力平衡时,二力的大小一定相等)如果两个力的大小相等,方向不是相反,而是相同,原来平衡的现象又会怎样呢?将两个重量相等的吊盘都放在小车的同侧,结果平衡又被破坏。这又说明了什么呢?(二力平衡时,二力不但大小相等,方向一定相反)如果两个力的大小相等,方向相反,但不在同一条直线上,是否平衡呢?将静止的小车用手扭转一个角度,一松手,小车就发生转动,失去平衡。

应用反证法指导实验,使学生对二力平衡条件深信不疑。

研究物理现象与条件的相互制约关系

一切物理现象的发生、变化,都受一定的物理条件所制约的。只要改变某一个物理条件,看对应的物理现象是怎样随着变化的,从而就可找到这一条件和现象间的相互制约关系。

如液体沸点与压强的关系,不经过实验是不易被察觉的。用一盏酒精灯给一个装了水的烧瓶加热(瓶口用胶塞塞紧,并用细铜丝缠住。穿过瓶塞插一支温度计于水中。用一个注射用的大针头穿透胶塞插在塞上)。水沸腾时,虽然继续加热,但水温不变。当用注射器往瓶内打气,加大液面上的气压,沸腾立即停止,水的温度开始上升。再沸腾时,沸点明显升高了;当停止加热,水温下降,沸腾停止。这时利用注射器往外抽气减压,出现再沸腾现象,沸点降低了。通过改变液面上的气压,就可比较容易地找出沸点与压强的关系。应用这种方法演示气体放电、电磁感应现象等,均收到比较好的效果。

比较与鉴别的方法

比较与鉴别是人们认识事物的基本方法。教育学家乌申斯基说:“感觉或意识不是别的,正是辨别,正是比较的结果,在比较和辨别不可能的地方就没有感觉,也没有意识。”教学过程充满了比较与鉴别。物质的属性,自然要通过比较、鉴别才能被人们所认识。给两种不同的物质,提供某些相同的物理条件,使其显现出某一方面不同的物理现象,从而可以认识物质某一个方面的性质。例如关于“密度”内容的教学,在演示中,取体积相等的铁块和铝块放在天平上称量,可以看出它们的质量不相等。为什么铁块与铝块的体积相等而质量不相同呢?这是单位体积的铁与铝的质量不同的缘故。根据测得的数据,分别算出铁与铝单位体积的质量。然后,再取质量不同(体积也发生了变化)的一块铝(或铁),测出它的单位体积的质量,结果表明,对于铝(或铁)不论体积如何变化,而单位体积的质量数值不变。

这说明,任何一种物质,单位体积的质量,与物质的体积、质量多少无关,只与物质种类有关,是反映物质性质的物理量,称为物质的密度。测出某种物质的密度,从物质密度表上就可查出它是哪种物质。比热,也是物质的一种属性。给质量、初温均相同的煤油和水,用相同的热源、加热相同时间,而煤油和水的温度变化却不一样。观察、对比实验之后,提出问题:为什么质量、初温、吸收热量都相同的煤油和水温度变化不一样呢?说明单位质量的水和煤油温度升高1℃所需要的热量不一样。对同一种物质,不论质量多大、温度变化多少,其单位质量升高(或下降)1℃所吸收(或放出)的热量总是相同的,与质量多少无关,与温度变化多少无关,只与物质种类有关。这个量值称为物质的比热。比热是反映物质性质的物理量。

总之,在演示实验中,突出实验的设计思想的研究,重视实验方法的传授,对培养学生的能力是非常有益的。

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