物理演示实验改进之管见

祁国良，曲胜艳，谭晓春，祝云峰

(1.松原市实验高级中学，吉林 松原138003；2.吉林省高中物理谭晓春名师工作室，吉林 长春130117；3.东北师范大学附中 净月实验学校，吉林 长春130117)

“兴趣和爱好是最大的动力”(爱因斯坦)，兴趣与求知欲密切相关.因此，物理演示实验的改进要在趣味性和启发性上下功夫，引导学生乐学，启迪学生智慧[1].努力使演示实验设备、实验过程简单化，是演示实验艺术追求的目标.实验是助推物理发展的润滑剂，如果丢掉了物理实验，物理教学将失去了它应有的光彩.笔者在多年的教学中，对一些演示实验做了一些改进、增补，供同行参考.

1 自制物理教具，增补演示实验

1)自制教具既能为直观教学提供条件，增强实验教学效果，又能开拓、更新和填补现行教学仪器的不足.教材中没有，而在习题的情境中有体现的实验，通过实验的演示，达到与学生认知过程相一致的目的.对于学生缺乏感性认识，重点考察的实验可以利用自制的结构简单、操作方便的实验教具进行演示，可达到“千言万语说不清，一看实验就分明”的效果[2].如：螺旋测微器和游标卡尺模型(图1)，模拟电路实物连线等.再如，高考热点“带电粒子在磁场中的临界问题”分析，关键在于寻找临界情景.此情景体现为粒子运动轨迹和磁场边界间的关系.教学中可利用“塑料管、易拉罐”制成“动态圆”，如图2所示，妙用“动态圆”突破带电粒子在磁场中的临界问题.小器材大作用，真可谓“此处无声胜有声”.

图1 游标卡尺模型

图2 塑料管、易拉罐制成“动态圆”

2)化繁为简，以简驭繁.麦克斯韦曾说：“一项演示实验，使用的材料越简单，学生就越熟悉，就越想透彻地获得所验证的结果.”所以，演示实验宜简不宜繁，过于复杂的实验装置还会分散学生的注意力，不易抓住事物的本质，也不易鼓励学生自己动手做实验.例如，教学中利用1m长的空心铝管、铁架台、强磁铁和铁块自制了涡流作用演示仪，仪器如图3所示.实验原理是当圆柱形强磁铁从管上端放入管口，在铝管中下落时会产生感应电流，这个电流会产生阻碍磁铁下落的磁通，因此磁铁下落的时间变长了(时间可达5s以上).而当圆柱形小铁块(直径略小于管道内径)同高度(1m)自由下落时，则不会产生磁通，因此铁块的下落时间很短.磁体与导体块有相对运动时，将在导体内产生涡电流，涡流的作用将阻碍它们的相对运动，这就是涡流阻力.如果用在振动系统中，就是电磁阻尼演示仪，如图4所示.课堂实践中，演示效果明显，达到以简驭繁的效果.

图3 涡流作用演示仪

图4 电磁阻尼

2 遵循实验原则，改进演示实验

实验教学的目的是让学生直观、形象地观察物理现象及体验规律，形成物理概念，通过分析演示实验的现象，深入地理解物理规律.直观、简单、可见度大的演示实验，利于物理教与学，能很好地攻克教学难点.

1)物理选修3－1教材[3]中88页“做一做”验证环形电流的磁场方向.为了增强实验效果、可见度大，可用透明胶片剪成磁针形状，并涂上颜色，一方红色(N极)，一方蓝色(S极)，给迷你小磁针插上美丽的翅膀(图5).本实验装置制作容易，实验操作简单，可见度大.

图5 环形电流的磁场

2)文献[3]在“楞次定律”一节的“教材分析与教学建议”里，建议用趣味“跳环”实验作为“楞次定律”新课的导入[3].用趣味“落磁”实验，作为楞次定律课的结尾，可谓妙笔生花.实践中，还可以设计升级版的“跳环实验”：即将J2425型教学用可拆变压器中的用硅钢片做的条形铁芯竖直放置，把一轻质(矿泉水瓶)铝环炮弹(图6)套在其上，接通交流220V电源的瞬间，铝环炮弹发射.进一步改进设备，做成图7所示的磁炮式(铝环炮弹)跳环实验，用于实际教学，演示效果极好，令学生震撼[4]，更能激发学生求知欲望，凸显新课程“情感、态度与价值观”的教育.

3)物理选修3－3中[3]“内能”实验的改进.演示实验应始终遵循“安全可靠、简易直观”原则，在演示压缩空气时内能增加的实验，教材中使用的是硝化棉，具有高度可燃性和爆炸性，其危险程度高[5].此外，使用的引火仪通常由有机玻璃制成，管壁厚，热传导性能差，有时会引起爆管现象.若实验中用火柴头代替硝化棉.实验材料既经济又安全，且更接近学生的认知水平，实验原理也通俗易懂.安全火柴中火柴头的成分主要是由氧化剂(KClO3)、易燃物(如硫等)和粘合剂组成.当活塞迅速压下时，对空气做功会使筒内温度迅速升高，火柴头就会迅速燃烧.实验操作时，可以取1根火柴，用小刀刮下火柴头，倒入引火仪玻璃筒的底部，先轻轻向下压几下，让玻璃筒内的温度升高一些，起预热作用，然后将活塞提到顶部用手迅速压下，火柴迅速燃烧.实验现象明显，效果非常好，既能保证实验的安全，又能增强实验效果，一举两得.

图6 铝环炮弹

图7 炮弹发射装置

3 联系生活实际巧做演示实验

在“落磁”演示实验中，为了提高对比效果，感受涡流阻碍作用，可将铝管与非金属管(塑料管)实验进行对比(如图8所示)，让学生对比实验现象，比较下落时间，并试着做出解释.当生动的演示现象出乎学生的意料时，认知的矛盾将上升为思维的动力.此外，在“超重和失重”教学设计中，文献[6]中的图是利用人站在体重计上下蹲、起立时看到的超重和失重现象图片，是1幅静态图片，讲课中可将其变为真实的动态实验，利用“人体秤”体验超重和失重.“由静变动”的改进后，实现了思维突破，让物理走进生活，从而调动学生的学习积极性、主动性，培养创造精神[7].

图8 “落磁”实验

此外，在研究实验、自制教具时，应注重就地取材、废物利用.这不仅能够节约资金，降低成本，而且在自制教具过程中，更能渗透能源意识、环保意识和创新教育，在潜移默化中提升学生的科学人文素养.正如物理教育家朱正元教授所说：“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”.自制教具是物理实验教学中一种有效的补充形式.

4 结束语

自制教具、改进与巧做实验有助于物理教学过程的开展，提高课堂效率，更重要的是实验真正激发了学生学习兴趣和积极性，培养了他们的创新精神和实践能力，为学生搭建取之不尽用之不竭的开放性学习平台.因此，重视物理实验的改进，不仅是学好教好物理的重要环节，更是提升学生综合素养，为人生奠基的好时机.物理教师任重而道远.

[1]牟大全，郝本瑞.牟大全物理教学艺术与研究[M].济南：山东教育出版社，1999.

[2]沈新家.自制教具在物理教学中的独特地位及作用[J].中国现代教育装备，2003(7)：45－47.

[3]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书·物理(选修3－2)教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2013：18.

[4]朱向阳，施国富.磁炮式跳环实验[J].教学仪器与实验，2010，26(11)：29.

[5]刘庆云.“对物体做功，物体内能会增大”演示实验的改进[J].物理实验，2000，20(5)：34.

[6]张维善.普通高中课程标准实验教科书·物理(必修)[M].3版.北京：人民教育出版社，2010：89.

[7]刘春宇.物理演示实验在创新教学中的探究[J].长春理工大学学报：社会科学版，2007，20(1)：96－97.