如何提升测量性实验的复习效果

王道标 ●

南京市第十七中学 (210032)



如何提升测量性实验的复习效果

王道标 ●

南京市第十七中学 (210032)

以实验证据为基础，是物理学科的特色，也是物理学科的魅力所在.在测量型的实验教学中，优化实验教学过程，重在实验原理的科学性，实验过程设计的可操作性和实验结果的准确性.

量筒；注射器；刻度尺；可操作性；准确性

在液体密度测量的教学中，笔者曾让学生自选器材(托盘天平、小烧杯、盛有牛奶的大烧杯、量筒、注射器(5ml))测量纯牛奶的密度，以此发散学生思维.学生通过独立思考，演示实验过程.有学生选择的是盛有牛奶的大烧杯、托盘天平和注射器，实验过程如下：第一步是：通过注射器汲取5ml牛奶，利用托盘天平测量注射器和牛奶的总质量m1；第二步是：再把其中的牛奶推出去1ml，最后利用托盘天平测量注射器和剩余牛奶的总质量m2；第三步是计算牛奶的密度.

这种测量纯牛奶密度的实验从测量的原理ρ=(m1-m2)/V来分析是可行的，他是以从注射器中推出去的牛奶为测量的对象，通过质量的测量和已知的体积来计算牛奶的密度.但是，通过查阅相关资料，纯牛奶的密度大约在(1-1.2)×103kg/m3,如果推出去1ml纯牛奶，托盘天平两次测量的质量相差只有1g左右，微小的偏差都会带来密度测量的较大误差.虽然实验的过程也是可操作的，但是带来的实验结果准确性并不高，因为，测量型的实验不仅要考虑到实验原理的科学性，实验操作的可行性，还要注意实验结果的准确性.学生学习的过程虽然出现了这样的错误，但它却流露出学生发散思维的痕迹：在苏科版第十章，粗略测量大气压强的时候使用了注射器，学生只有在明确了注射器能够测量液体的体积，且其分度值比量筒小的情况下才会选择它，因此，即使实验测量的结果值得商榷，但是学生思维的开放性应该大力表扬.有时候，测量型的实验我们还要注意到实验过程的可操作性. 至今，我仍然清晰地记得在课堂上的这样一次讨论活动，虽然，似乎很平淡，但我看到了学生跃动的思维.

我们在复习第六章测量液体的密度的实验，有这样一道题：(2016年南京市中考指导书P50)

13．某同学为了测量“卫岗”牌牛奶的密度，用天平、玻璃杯、量筒等器材，设计了如下实验方案：

A．用天平测出玻璃杯的质量m1

B．将适量牛奶倒人杯中

C．用天平测出玻璃杯和牛奶的总质量m2.

D．将杯中牛奶倒入量筒中，测出牛奶的体积V

E．计算牛奶密度：ρ=(m2一m1)/V

(1)你认为这个方案有什么缺点？

(2)请你提出改进这个实验的办法.

第一个问题很多学生都会回答，对于第二个问题，有学生发表了自己的观点：“老师，这个实验我们可以先用天平称量量筒的质量m1，再直接把牛奶倒进量筒中测量他的体积V，然后用天平测量量筒和牛奶的总质量m2，最后再利用公式ρ=(m2一m1)/V计算，密度不是很快测量出来了吗？而且这样做实验不仅误差比刚才小，比其他方法更简单.”学生不仅准确的表达了自己设计实验的思路，而且与其他学生的改进方案做了一个对比，体现了他所设计的实验的优越性.

这是学生自己独立思考之后发表的很有见解的实验设计思路，对于这样的思路也引起了一部分平时学习善于动脑筋思考的学生共鸣.

师：用天平测量量筒和牛奶的总质量有什么不利的因素呢？生：天平上的托盘不稳定，而且量筒很高，重心也高，放在天平上可能会晃动，这样做实验会不安全.在进行物理教学的同时，不忘对学生的安全教育.紧接着，教室里安静了片刻，紧接着，又有学生急吼吼的喊道：那就用量杯，量杯矮一点.师：量杯是什么形状的？生：上粗下细.师：这样的物体稳定性如何？生：也不稳定.

通过这样的设问，学生明白了在设计实验过程中还要注意到实验过程的可操作性，不能使得实验的过程不利于整个实验的进行，甚至给实验过程带来危险.不仅对于液体密度的测量存在实验过程的可操作性问题，对于固体密度的测量也存在同样的问题.

笔者也曾让学生自选器材(托盘天平、刻度尺、三角板、量筒)测量硬币的密度，有学生选择的是托盘天平和刻度尺，实验过程如下：第一步是：利用托盘天平测量5枚硬币的质量m；第二步是：利用刻度尺测量5枚硬币的厚度h，用三角板和刻度尺测量硬币的直径d；第三步是计算硬币的密度.

这样的实验设计，从原理来看没有问题，但是实验操作的可行性和结果的准确性会大打折扣.因为硬币虽然是圆形，但并不能看成规则的圆柱体，硬币正面和反面凹凸不平，直接利用刻度尺和三角板测量硬币的体积会造成很大的误差，体积的测量值偏低，硬币的密度偏小，对测量型实验的结果影响较大.因此：

师：硬币是什么形状的几何体？生：圆柱体.师：果真如此？生：硬币的正面和背面有凹凸不平的图案，不是规则的圆柱体.师：用刻度尺测量硬币的直径和厚度，计算硬币的体积，结果如何？生：体积的误差很大.

因此，在测量型的实验教学中，一般首先要明确实验的目的、内容和要求；认真研究实验原理；确定实验关键；对实验装置、器材和实验条件提出要求并进行选择；明确操作要点和注意事项.要注重实验原理的科学性和可行性，有些设计的实验方案从原理上讲并没有错误，但在实施过程中受到装置、器材、实验条件等限制，而无法实施或实施过程中的误差太大，如本文中测量硬币的密度，对于硬币体积的测量可操作性不高，根本是由于实验设计方案的原理导致.实验过程设计的要确保可操作性和安全性，无人身危险，操作不宜过繁.要尽量减少和控制干扰因素.仪器要比较牢固，如不能把天平放在托盘天平上称量. 不同的学生(或不同的组)也许会采用不同的方法，得出的实验结果的准确性也可能有一定的差别.因此，讨论和交流是必不可少的环节.在此过程中，学生既可以有根据地发表自己的意见，又可以听取别人的见解.通过讨论和评估，可以使学生自己辨别优劣，分清正误，更好地理解探究的方法和结论.

[1] 刘炳昇，李容 义务教育教科书八年级物理下册 江苏科学技术出版社，2012年11月第3版

[2] 南京市中小学教学资源研发中心 2016年南京市中考指导书(物理) 南京出版社 2016年1月第1

[3] 汤军琳 徐飞英；“密度”教学中的关键问题及对策[J];中学物理教学参考;2015年08期.

G632

B

1008-0333(2016)24-0063-01