微型实验在高中物理教学中的应用

2017-11-07

物理之友 2017年10期

关键词：飞镖两球锅盖

(广东省普宁市城东中学,广东普宁 515300)

·实验研究·

微型实验在高中物理教学中的应用

林东槟

(广东省普宁市城东中学,广东普宁 515300)

物理微型实验不仅能将新奇而又有趣的物理现象清晰地呈现在学生面前，而且还有助于激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，引导学生探索知识、研究问题。本文以高中物理教材中的微型实验为例，探讨其在实际教学中的应用策略。

高中物理；微型实验；应用

高中物理课标明确凸现了物理实验的地位，然而，从高考的反馈信息来看，高考实验题的得分率仍然偏低，反映出实验教学仍然是高中物理教学的薄弱环节。许多老师对实验以讲代做，以题代做，学生难以应对当今以考物理思想和动手能力为主的高考。因而在物理教学过程中，精心设计微型实验，努力为学生展现直观、生动、趣味的学习情境显得尤为必要。

物理微型实验是以尽可能简单的器材，来获取最有效的实验信息。它具有器材简易、操作方便、用时少、现象直观的特点，它在物理教学过程中具有非常重要的意义和作用：(1) 通过微型实验的完成，可激发学生学习物理知识的兴趣，调动学生学习积极性。(2) 通过微型实验的教学，进一步培养和加强学生的实验技能，可培养学生观察和动手能力，激发学生热爱科学的热情，树立克服困难的信心和将科学服务于人类的意识。(3) 通过微型实验的教学，可达到对物理知识的巩固、复习和提高的作用。因此，微型实验的实施过程就是对知识的再学习过程，并由此达到升华知识、提高能力的目的。既然微型实验如此重要，那么在实际教学中又该如何用好微型实验呢？

1 以微型实验引入课题，激发兴趣

良好的开端是成功的一半，巧妙设计实验引入课题，可以起到渲染气氛、吸引注意、激发兴趣的作用。

实验1:投飞镖

图1

在讲述平抛运动这个内容前先做一个投飞镖的微型实验：在一块软纸板上画几个同心圆，做成靶子的形状，如图1所示，分别让一个会投飞镖的学生和一位不会投飞镖的学生上讲台演示。在学生投掷飞镖的过程中，教师引导学生仔细观察两位同学投掷飞镖时的不同之处。在实验结束之后，教师请这两位同学交流投掷飞镖的体会。会投飞镖的学生讲述经验：瞄准时，飞镖对准靶子中心的上面。此时教师提问：我们投飞镖要投的目标是靶子中心，为什么瞄准时却是瞄准靶子中心的上面？

很多会投飞镖的同学也只是知道投飞镖瞄准时要瞄准靶子的上面，对其中的道理并不清楚，这样以微型实验吸引学生眼球，并加以适当的提问，激发了学生的求知欲，课堂有了良好的开端，而对于不会投飞镖的学生来说，在要学会投飞镖的心理作用下，兴趣盎然。在学生热情高涨的气氛中引入新课，又怎能不使课堂充满生机和活力呢？

2 以微型实验辅助讲授，加深理解

课堂上的微型实验有助于展示物理现象、展现物理过程、验证理论和规律，加深学生对物理知识的理解。

2.1 展示物理现象

实验2:做离心运动的盒子

用细绳拴着一个小盒子，使之在水平面内做圆周运动，突然松手，向心力消失，物体将沿切线方向飞出而做远离圆心的运动。

离心运动的概念是：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动，这种现象称为离心运动。如果只是教师口述离心运动的概念，很多同学可能会觉得这个概念太抽象。配合上述的微型实验讲解离心运动，离心运动的现象一目了然，无需太多的讲解，同学们就明白了。

实验3:显示抛体运动速度方向的飞镖

取一根稍长的细杆，一端固定一枚铁钉，另一端用羽毛或纸片做一个尾翼，这就做成了一个能够显示曲线运动速度方向的“飞镖”，如图2所示，在空旷地带把飞镖斜向上抛出，飞镖在空中的指向就是它做曲线运动的速度方向。

图2

图3

曲线运动的速度方向是曲线运动这一节内容的教学重难点，通过这个微型实验，实验结果显而易见，学生能轻松地理解曲线运动的速度方向。

2.2 展现物理过程

实验4:运动的独立性

如图3所示，用小锤打击弹性金属片，球1沿水平方向飞出，同时球2被松开，做自由落体运动。改变小锤打击金属片的作用力，使球1沿水平方向飞出的初速度大小发生变化，重复上述实验。虽然球1和球2两球运动的轨迹不同，一个是曲线，另一个是直线，但不管球1水平抛出的初速度如何，两球总是在同一时刻落到地上，这个微型实验清晰地展示了合运动与分运动互相独立的物理过程。

图4

2.3 验证物理理论和规律

实验5:验证机械能守恒

如图4所示，一个用细线悬挂的小球从A点开始摆动。记住它向右能够达到的最大高度。然后用一把尺子在P点挡住摆线,看看这种情况下小球所能达到的最大高度。实验发现，无论用不用尺子挡住摆线，在连续的摆动中，小球能达到的最大高度是几乎相同的。这说明在摆动过程中，若不考虑空气阻力的影响，小球的机械能没有减少，这个微型实验也就定性地验证了机械能守恒。

3 把微型实验用于课外，拓宽学生视野

俗话说“百闻不如一见”，但“百见不如一做”。学生亲自动手做实验，对所学物理知识就能领会得更深，记得更牢，用得更活。学生生活在丰富多彩的物理世界中，有许多可供观察的自然现象，有不少可供探索的物理问题。教材中也设置了众多的“小实验”“实践与拓展”“做一做”，为学生课外活动提供了大量素材，而这些课外小实验是物理教学的一种很有效的补充形式，能够扩大学生视野，培养学生学习物理和技术的兴趣，加强理论与实际的联系。高中物理必修2中的“实践与拓展”就设置了很多微型实验供学生操作。

实验6:水流星

用细绳系住一只小塑料桶，在桶里装上半桶水，用力使水桶在竖直平面内做圆周运动，而水桶里的水不会甩出来。很多同学一开始做这个实验难以成功，失败后就会设法寻找原因，通过查资料、看书，终于自己搞清了物体在竖直平面上运动的条件。而教材上并没有“物体在竖直平面上运动的条件”这个知识点，通过这个微型实验学到了教材上没有涉及的知识。

实验7:研究抛射角和抛射初速度对射程产生的影响

用自制弹簧发射器发射小橡胶球，橡胶球做斜抛运动，研究抛射角和抛射初速度对射程产生的影响。通过研究可知在理想状况下，抛点与落地点在同一水平面的情况下，投掷的最佳仰角为45°，此时射程最远。如考虑人的身高，抛出点与落地点不在同一水平面上，此时投掷的最佳仰角比45°稍小。同学们还可以把这个实验结论用到实际的投掷铅球中。这是一个理论联系实际的好例子，通过这个微型实验，让学生感受到物理是跟日常生活密切相关的，激发了学生学习物理的兴趣。

4 把微型实验用于习题，突破难点

解题中许多难点的形成，往往都是由于学生缺乏实际生活经验，缺乏感性认识，不能在脑海中建立清晰的物理图像，造成分析、判断错误。在教学中如果将实验引进到习题课中，可提高习题教学的效率。

图5

如在研究力是否做功时，有这样一道题：如图5所示，以轻绳OA和AB连接着两小球A和B，O端固定在天花板上，把两球由图5所示位置同时从静止释放，绳开始时拉直，在两球向左下摆动过程中，AB绳对A球是否做功？这时有的同学认为在摆动过程中，A、B两球的角速度相同，所以AB绳对A球没有做功；有的同学认为A、B两球的角速度不相同，所以AB绳对A球做功。正当学生争论不休时，教师因势利导，用两小球按照图5做演示实验，以做出验证。

实验8:让学生观察在摆动过程中A、B两球的角速度是否相同

观察后有些学生傻眼了，原来A、B两球在摆动过程中的角速度不相同，也就是AB绳给A的作用力与A球的运动速度不垂直，即AB绳对A球做功。这样使学生对抽象的问题有了较直观的认识，消除了疑点，解决了问题，加深了理解和记忆，以后遇到这种题型，不会再认为AB绳对A、B球不做功，因认为A、B球在摆动的过程中机械能守恒，而盲目地套用结论了。

5 开发微型实验，增强教学效果

由以上的分析得知，物理微型实验能激发学生学习物理的浓厚兴趣，培养学生的动手能力、思维能力，从实践中科学地理解原理，总结规律，起到了事半功倍的效果。因此教师在实践的教学过程中一定要重视微型实验。笔者结合高中物理必修2的内容，提出关于微型实验的建议，以便在教学中充分发挥物理微型实验的作用。

实验9:对物体做曲线运动的条件的实验的改进

图6

在高中物理必修2“实践与拓展”中有个探究物体做曲线运动的条件的微型实验。但在实际操作中发现这个实验在水平桌面上进行，不便于学生观察。为此，将实验改进如下：装置如图6所示，图中A为加适当配重的空心铁球(密度约1.1×103kg/m3)，B为磁铁，C为有机玻璃缸，D为标志线。演示时按事先确定的位置，将小球放入水中，让其下沉，在侧壁没有放磁铁时，小球沿标志线做直线运动。若侧壁放上磁铁时，小球就发生偏离，而做曲线运动。改进后实验简单易做，可见度高。

实验10:曲线运动的方向

在高中物理必修2教材中对于曲线运动的方向的知识用几幅彩图来描述。其实可以通过生动的微型实验来进行教学，下面几个方案可供选择。

方案1：利用自制的小陀螺转动时飞溅的红墨水径迹显示曲线运动的方向。

方案2：将一根线的中段拴死在铝锅盖的中心圆钮上，再将两侧的线并拢，按顺时针(或者逆时针)方向在圆钮上绕若干圈，然后使线的两端分别从左右侧引出。

实验时，把锅盖放在桌面上，且使圆钮与桌面接触，再往锅盖内倒少量水。如图7所示，用双手拉线的两端，对锅盖施加一个力偶的作用，使锅盖旋转起来。随着旋转加速，锅盖上的水就从圆周抛出，洒在桌面上。从洒出的水迹可以看出，水滴是沿着锅盖圆周各点的切线方向飞出的。