在开放场合下进行物理实验教学的探索

居智勇

(天津市实验中学 天津 300074)

人类对自然现象的认知是建立在大量的感性认识基础上的，同样，学生对物理规律的认知也要以感性认识为基础.但在中学物理教学中，由于受设备、场地的限制，很多规律的教学只能基于理性推理、分析演绎，使得学生缺乏实践体验，物理课堂缺乏学科活力.为了摆脱这种状况，我们实施了一种不拘泥于课堂教学的措施，把教学拓展到开放场合，下面以5个实验教学片断为例，介绍对开放场合物理实验教学的开发.

案例1：声音的干涉

仪器：笔记本电脑1台,音箱2个(规格相同),声音发生软件,电源等辅助设备,如图1所示.

图1 声音干涉实验器材

实验原理：用声音发生软件获得频率约200～400 Hz的简谐声波，将两个音箱间隔2 m放置并发声，在音箱周围便可获得声波干涉的音场.

教学建议：在空旷的操场上调试好设备，营造出简谐声波干涉场.先让学生在音箱前走过，体会声音强弱间隔变化的情况.再让男同学寻找声音最强的地方，分散站好，女同学寻找声音最弱的地方，分散站好.最后，请学生轮流到主席台(高台)上观察同学站成的队形,如图2所示.在此感性认识的基础上，教师再给出波的干涉的理论知识.

图2 声音干涉实验情景

案例2：摇绳发电

仪器：40 m长的单股电线,灵敏电流计,如图3所示.

图3 摇绳发电实验器材

实验原理：使长十几米的电线切割地磁场，产生电磁感应现象，用灵敏电流计测量感应电流.由于磁感线沿南北方向，所以，电线沿东西方向时的感应电流要明显大于沿南北方向的.

图4 摇绳发电实验情景

教学建议：将电线两端接到电流计的两个接线柱上，请两位学生分别抓住电线中部长约十几米部分的两端，将电线摇起来，其他学生观察电流表示数，如图4所示.学生分别沿东西、南北方向站立摇绳，可观察到强度不同的电流，从而验证地磁场的方向.

案例3：多普勒效应

仪器：自制发声器(蜂鸣器+干电池)，尼龙绳(供发声器滑行的轨道线)，如图5所示.

图5 多普勒效应实验器材

实验原理：能发出固定频率声波的发声器沿直轨道运动，在轨道旁的观察者可以听到明显的音调变化的现象.

教学建议：借助操场上的单杠、双杠等固定物将尼龙绳沿水平方向固定在1.5 m左右的高度上.教师将发声器沿轨道推出，由于惯性，发声器由轨道的一端运动到另一端，让学生站在尼龙绳的两旁认真听，总结发声器在经过自己身边时的现象,如图6所示.

图6 多普勒效应实验情景

案例4：断电自感

仪器：自感线圈(电感系数约1 H)，干电池1节,如图7所示.

图7 断电自感实验器材

实验原理：用1节干电池给线圈供电，当电路断开时，线圈会产生很大的自感电动势，保持电流不变，此时,串联在线圈两端的所有人都会有被电击的感觉.

教学建议：组织十几位学生手拉手站成一圈，在一处留出缺口，让缺口处的两人同时接触干电池的两极，问大家有没有被电的感觉(不会有任何感觉).再让缺口处的两人分别抓住线圈的两端，问大家有什么感觉(不会有任何感觉).把线圈的两端分别连到干电池的两极上，让缺口处的两人，分别握住电池两极,当然也是线圈的两端(此时还是没有感觉)，再断开电源，此时，手拉手的学生与线圈构成闭合回路，十几位学生就会同时被电击，如图8所示.在此感性认知的基础上，带领学生学习电感的理论知识.

图8 断电自感实验情景

案例5：泊松亮斑

仪器：激光发生器，硬币(直径2～3 cm)，光屏,如图9(a)、(b)所示.

图9 泊松亮斑实验器材

实验原理：激光束经过圆形硬币时发生衍射，在硬币阴影的中心叠加形成亮斑.

图10 泊松亮斑

教学建议：此实验成功的关键是,激光源、硬币、光屏间的距离要足够远，大约要在40 m以上.可以在教学楼中长廊的一端高约2 m的地方固定激光发生器，使激光束沿水平方向射出，在走廊中部悬挂硬币，走廊的另一端固定光屏，承接亮斑,如图10所示.教师带领学生沿着走廊从激光发生器一端边走边看边讲解，直到走廊的另一端.

开放场合下的物理实验，具有很强的开发价值，不仅是由于其成本低，效果明显，更重要的是对学生有很强的刺激性，激发他们的学习兴趣，既营造了探究氛围，又把教学内容从感性上得到普及.希望广大物理教师共同努力，在这方面为物理教学做出新的贡献.