例析缺点列举法在初中物理实验中的应用

钟平珍 彭朝阳

摘 要：本文采用了缺点列举法对初中物理中的几个实验进行了改进，让学生能够更加形象、直观地观察到实验现象，理解实验原理，从而提高物理课堂教学效率。

关键词：初中物理实验；缺点列举法；应用

中图分类号：G633.7 文献ax标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0011-4

物理是以实验为基础的自然学科，物理实验对物理学的形成和发展起着根本性的作用。然而，现在中学物理实验设备中普遍存在着系统误差大、可见度低、不够形象直观等缺点，导致实验不能充分发挥作用，使学生缺失对实验探究的兴趣。缺点列举法是创造技法中常见的一种技法，应用缺点列举法对实验的改进就是通过发掘实验的缺陷，把它一一列举出来，然后找出改进方案。初中生的抽象思维能力比较弱，形象直观的物理实验对培养初中生学习物理的兴趣，以及学好物理尤为重要。以下是应用缺点列举法对人教版八年级物理下册物理实验改进的实例。

1 缺点列举法对“探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”的实验改进

在探究阿基米德原理一节中，教材中的实验操作为：1）如图1甲所示，用测力计测出某物体所受的重力；2）如图1乙所示，把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中，读出这时测力计的示数，同时，用小桶收集物体排开的水；3）测出小桶物体排开水所受的重力；4）测出小桶所受的重力。经过计算学生可得出物体所受的浮力与它排开水的重力相等。

本实验的主要缺点是操作步骤比较繁琐，实验现象直观性不强，需要学生具备一定的逻辑思考能力。所以，针对实验存在的缺点寻找改进方法，能够使实验简单而且直观有效地探究出阿基米德原理。

为此，我们可以将其改进为如下实验。

实验器材：弹簧、溢水杯、小烧杯、小桶。

实验步骤：

①如图2甲所示将小桶与某物体挂在弹簧下端，待弹簧稳定长度不再改变时，记下此时弹簧下端所在的位置。

②如图2乙所示，将甲中的物体慢慢浸入装满水的溢水杯中直到物体完全浸没在水中，可发现弹簧慢慢上升，用小烧杯收集溢出的水。

③如图2丙所示，将收集到的水倒入小桶中，此时物体仍然浸没在水中，观察发现弹簧下端再次下降到操作1中弹簧下降记录的位置。

④教师引导学生画出如图3所示的3个过程中物体的受力分析图，结合实验与受力分析图可以直观地发现甲、丙两过程T1= T1，G=G，F浮=G排。

实验原理：通过比较物体完全浸没在水中受到浮力时加上排开水的重力弹簧下端所在的位置，与物体只受重力时弹簧下端所在的位置相同，再结合物体的受力分析，结合二力平衡知识可知物体所受的重力等于物体排开水的重力。

学生已学过二力平衡知识，可直观得到物体所受的重力等于物体排开水的重力。由此，用另一种实验方式证明了阿基米德原理。

2 缺点列举法对“探究重力方向”实验改进

在人教版八年级下册第七章第三节《重力》一节中，重力的方向是教学的难点。教材中首先说明用线将物体悬挂起来后物体静止时线的方向就是重力的方向，并说明该方向为竖直向下。然而，这个实验只演示了物体在某一固定点重力的方向，很多学生不能理解在整个地球表面 “竖直向下”的含义，有的学生理解是与地面垂直，或者是指向地心。

针对该演示实验的不足可进行以下改进。

实验器材：直尺、圆柱形金属框、细线、小立方体木块。

实验步骤：

①如图4所示，将金属框固定在直尺上，将小立方体用细线悬挂在金属框中心。观察细线下垂的方向，可观察到细线下垂的方向为竖直向下。

②如图5所示，缓慢移动直尺，改变直尺与地面间的倾斜度，在移动的过程中观察细线的下垂方向。可发现在改变直尺的倾斜程度的过程中细线下垂的方向仍为竖直向下。

实验原理：重力的方向始终为竖直向下，跟所处位置的斜面无关。

该实验在改变直尺倾斜度的过程中，相当于在地球不同倾斜程度的表面形象、直观地展示了重力的方向。

3 缺点列举法对“探究浮力产生的原因”实验改进

在教学过程中经常用乒乓球上浮的实验来说明浮力产生的原因。如图6所示，取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的塑料瓶，去掉其底部，把一只乒乓球放到瓶口处，然后向瓶里注水，会发现水从瓶口流出，乒乓球不上浮。若用手指堵住瓶口，不久就可观察到乒乓球上浮起来。开始时乒乓球上表面受到液体压强和大气压的作用，下部分没有液体只受大气压的作用，乒乓球没有上浮，用手堵住瓶口时乒乓球上浮，说明乒乓球下表面受到液体的压强大于上表面。

该实验有明显的实验现象，但是堵住瓶口，球下表面产生液体压强的过程不太明显。学生不易理解堵住瓶口为什么球下表面就可以受到液体压强。

针对上述实验的不足可进行以下的改进。

实验器材：一个大烧杯、一个底部有孔的小烧杯、水、两个三角形支架、长方体木块。

实验步骤：

①如图7所示，放置好烧杯和木块，使小木块能完整地堵住小孔，将水倒入小烧杯中，可观察到木块没有上浮。

②如图8所示，将水倒入大烧杯中，当水没过小烧杯底部继续加水，可发现木块开始慢慢上浮。

实验原理：当将水注入小烧杯过程中，小木块的侧面首先受到了水的压力，此时长方体侧面所受液面的压力相互平衡。当水没过木块时木块上底面受到水的压力F，下底面没有受到水的压力，因此木块不能上浮。当将水注入到大烧杯没过下底面到达一定深度时，木块下底面受到水的压力F，当F+ G

通过前后两次实验的演示对比，学生可形象、直观地观察到小木块下表面有液体和无液体两种情况下的沉浮情况。可直接理解浸在液体中的物体是由于上、下表面不同的压强产生的压强差而受到浮力。

4 缺点列举法对“研究影响滑动摩擦力大小的因素”实验改进

如图9所示，在教材中的实验步骤为：1）用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿水平长木板滑动，从而测出木块与模板之间的滑动摩擦力；2）改变放在木块上的砝码，从而改变木块对长木板的压力，测出此种情况下的滑动摩擦力；3）换用材料相同但表面粗糙的长木板，保持木块上的砝码不变，测出此种情况下的滑动摩擦力。

此实验的不足在于，在实验过程中必须匀速拉动木块才能保证弹簧示数的大小为摩擦力的大小，而在实验过程中难以保证匀速拉动，否则弹簧的示数将改变，容易使学生认为此时的滑动摩擦力是变力。

为此，可对该实验做以下改进。

实验器材：弹簧测力计、小木块、粗糙程度不同的木板若干、砝码。

实验步骤：

①如图10所示，将弹簧测力计一端固定在墙面，拉动木板，使其与小木块相对滑动，待木块相对地面静止时读出弹簧测力计的示数，测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。

②改变放在木块上的砝码，从而改变木块对长木板的压力，拉动木板，使其与小木块相对滑动，待木块相对地面静止时读出弹簧测力计的示数，测出此种情况下的滑动摩擦力。

③换用材料相同但表面粗糙程度不同的长木板，保持木块上的砝码不变，拉动木板，使其与小木块相对滑动，待木块相对地面静止时读出弹簧测力计示数，测出此种情况下的滑动摩擦力。

实验原理：当拉动木板时，木块与木板相对运动，即木块受到滑动摩擦力；当木块相对地面静止木块受力平衡，即弹簧测力计示数与滑动摩擦力相等。

将实验进行上述改进之后，不需匀速拉动木块，只要将木板拉动，摩擦力与弹簧测力计的示数就相等。且弹簧的示数不改变，使实验更加严密。

5 缺点列举法对“研究流体压强与流速的关系”实验改进

为进一步说明流体压强与流速的关系，教材练习中设置一个实验（如图11所示），把长20 cm左右的饮料吸管口贴靠在A管的上端。往B管中吹气，可看到A管中的水面上升，如果用力吹气，A管中的水将从管口流出。由此可证明流体流速越快压强越小。

在上述实验中，要能够观察到明显持续的实验现象，要求实验操作者持续地从B管中吹气并且需将A、B管口对准。要使水从A管流出，吹气时间更长。因此，保证该试验有较好的实验效果，对实验者有一定的要求。

针对上述实验存在的不足，可进行以下改进。

实验器材：塑料瓶、50 mL注射器、两根饮料吸管。

实验步骤：

如图12所示，对实验器材进行改进，当推进注射器时可观察到A管中的水上升。快速推进注射器时可观察到水柱从B管口喷出。

实验原理：在推进注射器过程中，A管上方的空气流速变大，压强减小，A管上、下方产生了压强差，因此A管中的水柱上升。快速推动时B管中的气体流速增大，A管压强差变大，水柱从B管口喷出。

实验改进后可有效控制B管中的气体流速，即控制A管上、下的压强差，可使实验产生连续明显的实验现象。

在教学过程中，当我们发现实验的缺点时，我们不能忽视它。如果习以为常地认为它对实验结果不会造成太大的干扰没有想办法改进，那么将错失创新物理实验的机会，并且让学生误以为这样的缺点存在是不可避免的。所以，教师在教学过程中应该积极去发现中学物理实验中存在的不足，并且一一将它列举出来。在实验过程中不断探索发掘改进实验的方法，这样不仅能使实验设备有所提升，降低实验误差，使实验效果更加明显，而且能提升学生对实验的兴趣，培养学生实事求是的科学态度和正确的价值观。应用缺点列举法，能促使教师在教学工作中发现实验中存在的不足并探索改进实验不足，从而提高课堂教学效率。

参考文献：

[1]阎金铎，郭玉英.中学物理教学概论（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2009：107—121.

[2]朱肇瑞，俞云中，刘艳春.创造技法与物理实验[M].成都：西南交通大学出版社，1999：118—123.

[3]彭前程.人教版义务教育教科书[M].北京：人民教育出版社，2013：1—57.

（栏目编辑 赵保钢）