几种物理实验的探讨_平面镜成像论文

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一、平面镜成像实验误区的纠正

在上海科技出版社出版的八年级《物理》教材中,关于“研究平面镜成像特点”的实验是这样进行的:“在桌面上竖立一块玻璃板作为平面镜,玻璃板前放一支点燃的蜡烛A,玻璃板后面放一支同样的、未点燃的蜡烛B。移动板后蜡烛B直到从玻璃板前面看来好像点燃似的,即让它恰好与点燃蜡烛A所成的像在同一位置上……”(如图1)按照教材要求,各学校的实验室都照此配置了实验装置进行学生实验(或教师演示实验)。围绕着该实验设计的关键点“玻璃板”,在各类练习题或试卷中成了一个出题的“题眼”和考题的“热点”。

图1

例1 在研究平面镜成像特点的实验中,在桌面上竖直放置一块__(答案:玻璃板)

例2 在研究平面镜成像特点的实验中,使用玻璃板是为了__(答案:确定像的位置)

例3 在研究平面镜成像特点的实验中,若用平面镜代替玻璃板,上述实验__进行,理由是__。(答案:不能;无法确定像的位置)。

这样的题目在相当多的师生中产生了误导,使他们形成了“研究平面镜成像特点”的实验器材非玻璃板莫属的思维误区,特别是第3题题目这样设问显然是不妥的。

笔者在与同行切磋并反复实验的基础上,认为依照本实验的设计原理,操作方式,其实验器材“玻璃板”完全可换用平面镜来进行,方法如下:

在桌面上竖立一块平面镜,为避免烛焰的摇曳不定,改用两个相同的墨水瓶替代两支蜡烛。将墨水瓶A放置在镜前靠边缘的某处(如图2所示),观察者在A侧,对镜可看到墨水瓶A在镜中成的部分像(目光不要歪斜)。墨水瓶B放置在镜后靠边缘的某处,此时B被平面镜遮去部分可看到不完整的物。适当移动墨水瓶B,使其未被平面镜遮蔽部分与墨水瓶A在镜中的不完整像拼接成一个完整的“瓶”。物、像的吻合使得墨水瓶B所在的位置即为墨水瓶A在镜中所成像的位置。

图2

在物理实验中,要善于思考、不断创新,不能以个别实验方法的设计特例来排斥其他实验方法的可能性,切忌思想被束缚而产生的思维定势!在本学期该实验的教学中,笔者为学生提供了不同的两套器材,大多数学生按教材进行实验,少数学生另辟蹊径用平面镜同样也完成了实验。可见引导学生的发散性思维,就会激发出他们的创新能力!

二、两个有趣实验的尝试

《物理教学》2004年第1期上转载的香港《PHYSICS TEACHING》第1卷第1期上的“Two Interesting Experiments(两个有趣的实验)”一文演示了温度对电阻的影响。

Experiment 1:To light a bulb with a match(实验1:用火柴“点”灯)

用导线将额定电压2.5V左右的小电灯、一段铅笔芯、电源按图3串联成电路,铅笔芯上两接点A、B间距离约取2cm,此时小灯泡应发光。逐步增加铅笔芯上A、B间的距离,直至看不见小灯泡发光为止。划燃一根火柴,用火焰加热铅笔芯,随铅笔芯温度升高小灯泡开始发光,火柴熄灭后,小灯泡又慢慢地不发光了。

此实验如全部照搬上述方法,用一根火柴加热很难产生明显效果,用几根火柴又会出现加热间断,影响现象的观察。笔者在兴趣小组的活动课上作了如下改进:①将电源由干电池改为学生稳压电源2~4V挡;②铅笔芯选用木工铅笔的笔芯,小灯的电压、铅笔芯的粗细、长度变化范围要注意事先作好匹配;③火柴改为酒精灯。这样,使实验现象显著,学生兴趣倍增。而实验题目也相应改为《用酒精灯“点”电灯》。

Experiemnt 2:To"blow"the pointer of a current meter(实验2:电流表的指针被“吹”动了)

将一段电阻丝R(如电炉用的电热丝)、电流表、电键、电源串联成电路(图4)。将电键S接通,电流表指针偏转并指示一定的读数。用嘴对准电阻丝吹,我们发现电流表的指针被“吹”动了,指针偏转角度增大,读数变大,过一会儿指针又回到原来的位置。

在兴趣小组的活动课上,学生们用了很大的劲却根本“吹”不动电流表的指针,显然通过嘴吹气给电阻丝降温是很困难的。有的学生提出把电阻丝浸到冷水中去降温但又怕发生漏电,而且也不能叫做“吹”了。最后笔者让学生使用小型的电吹风来实验,吹冷风时可见电流表指针偏转角增大,而吹热风时电流表指针偏转角又减小。既观察到了明显的实验现象,对金属导体电阻随温度的变化有了清晰的认识,又维持了原先实验设定的“吹”的趣味。

上述实验作为对课内教学的一种拓展,不失为两个很好的实验,温度对电阻的影响是不容忽略的,不同物质的电阻随温度的变化情况也不一样。但“趣味性”还得跟实际操作的可行性相吻合。只有让学生亲历、目睹真实发生的现象,才会激发出他们更大的兴趣,只是“纸上谈兵”是不行的。而要做到这一点,就不能原样照搬书上的实验,一定要经过验证、反复改进以保证选用器材的可行性。

三、魔术般的“覆杯实验”

笔者在讲“大气压”一节内容的公开课时,演示的“覆杯实验”,无论是一杯水的,还是半杯水的,竟是那样的娴熟、成功,以至来听课的其他学科的老师课后私下打探是不是在纸片上用了胶水。对一杯水的情形,老师事先都强调得清清楚楚:水要装满,杯口不能留有一丝空隙,否则有了空气,实验就不能成功。这是因为一杯水时(图5),,纸片托住水。

图5

半杯水时,分3种情况讨论:

(1)若水未装满,盖上纸片被封住的空气在“覆杯”后(即杯子倒置后)水未流出、纸片未变形的情况下,则有,即杯内气体的压强等于大气压强,那么,纸片托不住水。

(2)若水未装满,盖上纸片在“覆杯”时(即杯子倒置后)有少量的水沿纸片流出,但没有空气流进的情况下,此时一定量的气体(m不变)由于增大,减小,即,杯内气体的压强小于大气压强,则可能有,纸片托住水了(图6)。且此时,纸片像被吸进杯里一样向杯内凹陷,如图7所示。

(3)若水未装满,盖上纸片在“覆杯”后,由于纸片受水的压力作用,发生一定的形变向外凸起,如图8所示。此时一定量的气体(m不变)由于增大,气减小,即,杯内气体的压强小于大气压强,则有可能,纸片托住水了。

鉴于上述理解,在选择杯子时,笔者选用了杯口光滑、截面积较大的广口瓶。纸片既不能选硬邦邦的塑料片,也不能选受潮就散架的薄纸,而是选用受潮后仍有一定韧性的厚纸片。

操作时,在“覆杯”过程中转到某些方位时,放慢动作,让水顺纸片流淌少许,以达到上述效果,保证实验的成功。同时提醒学生注意观察:杯口在不同的方位时纸片都能挡住(托住)水,表明各个方向都受到大气压作用。

受纸片托住一杯水的实验成功的思维定势的影响,当问及纸片能否托住半杯水时,绝大多数学生都回答“不能”!还振振有词地答出,因为杯里被封住的气体压强也是大气压。但通过巧妙的实验方法改变被封住气体的体积,从而可使,以至纸片托住半杯水,这在意料之外、又在道理之中的实验现象让学生惊叹不已。既打破了他们的思维定势,又让他们认识到事物的复杂性和多变性。

在物理实验的设计与实践中,如何指导学生去进行实验探究,丰富内心的体验,培养求真的科学态度,达成知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维教学目标,这给我们的实验教学提出了更高的要求。我们只有不断地完善、创新,设计出更多具有特色的实验,才能使我们的教学实践充满活力。

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