发挥定性实验在习题教学中的作用＊

2011-03-20薛义荣

物理通报 2011年10期

关键词：阻值导体定性

薛义荣

（扬州新华中学江苏扬州 225009）

1 定性实验对概念性习题错误判断起着纠正作用

物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象［1］．因此物理概念的抽象性，决定着学生对概念性习题容易犯错．但借助于定性实验，会对这些概念性习题的错误判断起到纠正作用．

图1

【例1】将一玻璃瓶装水后封闭，放在水平桌面上，在瓶的中部有一个气泡处于静止状态，如图1所示．现突然用力将瓶子向前推动一下，则可看到气泡相对瓶子的运动情况是

A．不动 B．向前

C．向后 D．无法确定

评析：学生只有理解概念，才能正确应用概念．直观材料是形成概念的基础，因此，在教学中要借助于直观材料，比如定性实验，来启发学生的思维，从感性认识上升到理性认识，帮助学生理解概念．本题所需实验器材比较简单，一个带盖的矿泉水瓶即可．在学生思考分析的基础上，教师可当场演示，帮助学生辨别对错．实验现象不仅可以纠正错误的判断，还会加深学生对“惯性”概念的全面理解．首先，一切物体都有惯性，不仅仅固体、液体有惯性，气体也有；其次“惯性”是物体保持原有静止或匀速直线运动状态的性质，不是力；再次，质量是物体惯性大小的量度．由于气泡的质量远小于瓶中水的质量，因此瓶中气泡的惯性比水的惯性小，即水比气泡保持原有静止状态的本领大．所以当突然用力将瓶子向前推动时，可看到气泡相对瓶子向前运动．答案为B．

2 定性实验对规律性习题正确理解起突破作用

通过必要的习题训练，学生对物理规律才能真正理解．在习题课中，适当插入一些定性实验，会对规律的理解达到事半功倍的效果．比如，“超重失重”这节课，要求学生正确理解超重、失重是物体对支撑物的压力或物体对悬挂物的拉力发生变化，物体的实际重力并没有改变．并且当物体处于完全失重状态时，一切与重力相关的现象随之消失．这个规律运用牛顿第二定律，通过理论推导可以得出．但学生已有错误的生活经验，会对规律的理解产生干扰或负迁移作用．为此，我们可以在弹簧秤下挂一重物，让弹簧秤上下运动，会发现弹簧秤的示数跟着发生变化，说明在超重、失重状态下拉力大小发生改变．我们也可以借助于图2装置进行演示．当手抓住侧壁有孔且装满水的矿泉水瓶时，水会流淌出来，但松开手后水不再流出，从而证明完全失重状态下，与重物相关的现象消失．在此基础上还可以进一步地问学生，将图2（a）中的矿泉水瓶向空中抛出，水会流淌出来吗？相信学生在刚才定性实验演示的基础上，会作出正确解答．

图2

【例2】（2009年高考浙江物理卷第22题）某同学从标称为“220 V，25 W”，“220 V，300 W”，“220 V，500 W”的3只灯泡中任选一只，正确使用多用电表测量灯泡阻值，如图3所示．该灯泡的阻值是______Ω，标称的额定功率为______W．

图3

评析：第一问容易解决；示数16乘以倍率10，等于160Ω．关键是第二问，不少同学错误地选择300 W，因为他们认为．但忽视了一个常识，铭牌所标的数值是灯泡正常工作状态下的数值，而此题的灯泡并没有接在电路中，所测的阻值是灯泡冷却状态下的值．本题考查的不是学生的计算能力，而是金属的电阻率会随温度的升高而增大这一规律．因此在学完“电阻定律”后，可用万用电表测铭牌为“220 V，40 W”的灯泡的电阻．会发现所测阻值在100Ω左右，不到正常工作状态下阻值的．这样学生对金属丝电阻随温度变化的规律会理解的更加透彻．此题应选择25 W，而不是300 W，这就体现了定性实验对规律性习题的理解具有突破作用．

3 定性实验对结论性习题准确建立起验证作用

习题教学的目的，不是让学生记住结论，而是通过训练，加深对概念、规律的理解，提高解决问题的能力．经过推理得出的结论，若配以实验验证，不仅可使人感觉物理思维的严密，也会从中体验物理学的完美．如学过碰撞后，再研究一个典型案例．两个完全相同的弹性小球，一个运动一个静止，相碰时会交换速度．这个规律运用动量守恒和能量守恒，结合数学知识容易推出．但若借助于图4装置演示一下，学生对这种结论性习题会理解的更加深刻．今后遇到两个完全相同的弹性小球，一个运动一个静止，发生碰撞后，会自然想到两者交换速度．

图4

【例3】M，N是固定在水平面上的两个光滑的金属导轨，两个导体棒ab，cd平行地放在导轨上，如图5（a）所示．当条形磁铁从abcd的上方向下运动时，看到的现象是

A．两个导体棒ab，cd相互靠近

B．两个导体棒ab，cd相互远离

C．两个导体棒ab，cd一起向右运动

D．两个导体棒ab，cd一起向左运动

图5

评析：此题的常规解法是作出如图5（b）所示的示意图，先根据右手定则判断出条形磁铁向下运动时导体棒中产生的感应电流方向，再根据左手定则判断出两个导体棒受到的安培力，从而得到两棒ab，cd相互靠近的结论．其实此题也可根据楞次定律来解．当条形磁铁向下运动时，若导体棒不动，则穿过abcd闭合回路的磁通量由于磁场的增强而增加，要阻碍其增加，可通过减小闭合回路的面积来实现，因此两个导体棒ab，cd相互靠近．应该说这种解法要比常规解法快捷的多．但若学生对楞次定律理解不透，尤其不能深刻理解“阻碍”的含义，我们可以借助于图5（a）装置演示一下，加以验证，帮助理解．其实这种事例很多，比如受“同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引；同性磁极相斥，异性磁极相吸”的影响，不少同学认为，同向电流相斥，异向电流相吸．这种错误的结论教师可借助于图6装置加以论证，而且通过与电荷、磁体间相互作用的对比，更能加深学生对电流间作用力的理解．

图6

4 定性实验对探究性习题快速突破起辅助作用

有些习题属于探究性，可以通过理论分析加以解决，但对其中操作性强的探究题，借助于定性实验会对该题的快速突破有辅助作用．

【例4】如图7（a）所示，某电脑爱好者设计了一个“猫捉老鼠”的动画游戏即在一个边长为a的大正方体木箱的顶角A处，老鼠从猫的爪中逃出而奔向木箱的另一个顶角M处的鼠洞．若老鼠的奔跑速率恒为v，且只能沿着木箱的棱运动，而猫可以沿木箱的表面运动，则猫应沿怎样的路线匀速奔跑，方能以最小的速率恰在M处再次捉住老鼠，其最小速率为多少？

评析：设猫的奔跑速率恒为u，经时间t恰与老鼠同时到达M 处，猫沿如图7（a）所示的奔跑路线APM 捉老鼠，取＝x，由运动学规律可得