揭示科学本质的实验及教学运用（上），本文主要内容关键词为：本质论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学是以实验为基础的学科，科学规律的发现和科学理论的建立都必须以实验为基础。而充满创意的科学实验更能吸引学生的兴趣，更能深刻地揭示科学本质。为了更好地开展科学课程的教学，培养学生的创新精神和实践能力，我们在开发和改进初中科学实验器材方面做了一些尝试。
一、声音
声音是最常见的现象之一。但声音是以物体振动发生的并以声波的形式进行传播，这对初中学生来说非常抽象。
许多教材是用音叉的振动引起附近悬挂的小球的振动，说明发声体的振动现象。由于音叉和小球靠近时，摆球的固有振动频率（0.5Hz左右）与音叉的策动频率（几百赫兹）差距很大，“球”的振动与音叉的振动往往不合拍，加上音叉振动引起的空气传递的能量较小，较难使泡沫塑料球起振，实验效果不是很理想。我们利用生活中的一些简单材料可以使声现象简便明了，化抽象为形象，达到了良好的教学效果。
1.声音的产生
①器材与装置
低压电源1只，功率15W、电阻为6Ω的低音喇叭1只，喇叭的鼓纸上方放一些泡沫颗粒。
②设计意图
当喇叭的鼓纸振动时，用泡沫塑料颗粒将振动放大，使学生在听到声音的同时直观地看到颗粒在“跳舞”。从而说明发声的物体在振动，使实验生动、直观、新奇。
③步骤与现象
如图1所示，在喇叭上放一些泡沫颗粒（或膨胀米花，可染成各种颜色），接通喇叭的交流电源（如电压2V～8V），就能听到喇叭发出的声音，同时观察到彩色米粒不停地跳动，切断电源，发声戛然而止，颗粒跳动也随即停止。
图1
2.声音的传送
①器材与装置
用一只两端都无底的柱形透明塑料筒，在一端张紧保鲜膜作底，再在保鲜膜上面撒一些米粒。
②设计意图
喇叭发声时的振动通过空气传给保鲜膜，引起保鲜膜的振动，保鲜膜的振动带动米粒跳动，从而帮助学生认识声源处振动的能量，能够被空气等介质向外传播，建立声波的模型。
③步骤与现象
图2
如图2所示，柱形的透明塑料筒水平放置在喇叭口上方，接通喇叭的交流电源，便可在听到喇叭发声的同时观察到米粒在跳动。慢慢地把透明塑料筒水平地离开喇叭口上方（如10cm处），可观察到彩色米粒依然在跳动，继续远离喇叭口，观察到彩色米粒的跳动幅度逐渐减小。这说明离开声源越远，声音传播的能量衰减越大，听到的声音就越轻。
如果我们在喇叭口和透明塑料筒之间放置一个密闭的塑料箱子，保持喇叭口和透明塑料筒之间的距离不变并逐渐抽出箱子里的空气，会惊奇地看到米粒的跳动迅速衰减。这说明声音的传播需要空气。
3.声波的形式
①器材与装置
低音喇叭一只，用耐高温玻璃做成40cm×15cm×15cm的长方体箱一只，使其一端正好与喇叭紧密对接，另一端敞口，在喇叭的正前方放置5～10支蜡烛，如图3所示。
图3
②设计意图
当喇叭振动面向外侧振动时，压缩临近的空气，使这部分空气变密；当喇叭振动面向内侧振动时，这部分空气又变疏。振动面的不断振动，空气中就形成疏密相间的波动，向远处传播，带动蜡烛火焰的摆动。
③步骤与现象
用小刀切取5～10支长短一致的蜡烛，确保烛焰的中心与喇叭的中心位于同一高度。将玻璃长方体的一端与喇叭紧密对接，蜡烛固定在喇叭的正前方并点燃。播放事先选定的节奏慢但强弱分明的音乐，引导学生观察烛焰随着声音而左右摆动。说明在空气中传播的声波是一种纵波——疏密相间的波动。
(4)声波的“可视”
①器材与装置
电子琴、扬声器、有机玻璃管和彩饰颗粒等。
②设计意图
本设计以直观的方式将声波演示出来。通过弹奏电子琴，我们可以间接地“看到”声波的产生。
③步骤与现象
将电子琴中的扬声器的喇叭口与一有机玻璃的一端管口（长90cm，直径6cm）相连，另一端管口封闭。有机玻璃管水平放置，管内放置若干彩饰颗粒（如轻盈的泡沫粒子）。当弹奏电子琴时，从喇叭中产生的声波（即纵波）使得彩饰颗粒上下振动，声波反射后，与原声波叠加产生驻波现象，呈现出某些部位彩饰颗粒振幅较大，某些部位彩饰颗粒振幅较小甚至不振动。彩饰颗粒振幅随电子琴的弹奏而不断变幻，好似声波“可视”与“凝固”一般。从而说明声波是靠疏密相间的波动传送的，在特定条件下会形成驻波现象。通过它还可以“看到”声波的波长大小——两个疏部（或密部）间的距离。
二、对流
对流是指液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动而使温度趋于均匀的过程。通过一系列对流实验可以帮助学生理解对流是液体和气体中热传递的主要方式，以及季风、降水等天气现象的形成原因。
1、液体的对流
①器材与装置
如图4所示，用有机透明玻璃板做成一个上端开口底部密合的容器(45cm×15cm×25cm)，中间用上下分别钻有小孔的隔板隔成三室。
图4
②设计意图
通过宏观呈现冷热水流的流动路径来说明，热传递过程中流体内的温度不同会引起密度不同，如果低密度流体在下，高密度流体在上，则将在重力作用下就形成自然对流。
③步骤与现象
实验前先用胶带纸将中间隔板上的小孔全部密封，在中间水槽中倒入红颜色的热水，在两侧槽中倒入蓝颜色的冷水。揭开胶带纸，即可看到：中间水槽中的热水上升，从上面的小孔流入旁边两个水槽；两侧水槽中的冷水则向下流动从下面的小孔流入中间水槽；持续循环流动，最后使三个水槽中的水颜色趋于一致，冷热相同。
2.气体的对流
①实验器材与装置
如图5（下页）所示，用有机透明玻璃板做一个长方体容器(60cm×20cm×30cm)，上端密合，中间用上下分别钻有小孔的隔板隔成三室，下端与底板分离，底板四周有凹槽，以便于玻璃板与底板间的密合，在与中间一室相通的底板上安装一盏“220V 200W”的灯泡。
图5
②实验设计意图
通过灯泡产生的热量加热密闭容器内的气体，使中间一室的空气受热向上运动，从隔板的上端小孔流入两个侧室，在两侧室中的空气温度相对较低而向下运动，从靠近底部的小孔流回中间容器中，形成冷热气体的循环对流，以形象地显示气体的对流路径。
③实验步骤与现象
加热前，分别在三个容器中放入点燃的能产生较多烟雾的蚊香，在靠近小孔处分别悬挂羽毛，使容器与底板密合。接通电源使灯泡发光，稍过片刻，便可以看到中间一室的烟雾上升，两边容器中的烟雾下降，羽毛因气流的运动而产生偏向。由于气流的不断运动，可以观察到三个容器中烟雾在流动。
3.季风的成因
①实验器材与装置
如图6，用玻璃制成两密闭容器(60cm×20cm×40cm)，容器底部放入质量相等的水和干燥沙土，顶部各安装一盏60W的白炽灯，分别在两室中各悬挂一支温度计（遮挡灯泡，使它不受灯光直接辐射），中间隔板上下各钻若干个小孔。
图6
②实验设计意图
用干燥的沙土表示陆地，用水表示海洋，用功率相同的灯泡代表相同的光照条件。在相同热力下，由于水和沙土的比热不同，两室的温度变化不同。用烟雾显示气体的流动方向，用温度计测量两室中气体升温的快慢，以探究海洋和陆地的性质对气温和降水的影响，从而使学生理解季风形成的原因。
③实验步骤与现象
演示前，点燃能产生较多烟的蚊香，再接通电源灯泡发光，观察两室中空气的流动方向，记录两室温度计示数的变化。则可发现沙土一室的温度计升温快，“陆地”上方空气向上运动，“海洋”上方空气向下运动，在陆地和海洋表面附近空气是从“海洋”流向“陆地”。