浅谈中学物理对比性实验教学的开展

物理是一门以实验为基础的学科。 这几年笔者在物理教学中, 有目的地安排设计一些对比性的实验和一些对比性实验视频, 帮助学生形成正确的物理概念, 掌握物理规律, 突出重点, 突破难点, 消除疑点, 收到了很好的教学效果。

总听有些同学讲物理太难学了, 其实物理之所以难就难在本质被现象遮住, 比如:小学我们都学过地球绕着太阳转, 这是本质;而我们每天都看到太阳从东边升起, 从西边落下, 感觉太阳总是围着我们转, 这是现象。 想要真正学好物理, 想要透过现象看本质, 就要掌握一些学习物理的技巧。

1利用对比性实验纠正学生的错误概念

小学我们学过一篇课文, 两个铁球同时落地。 而在现实生活中, 很多学生就认为:质量大的物体下落得快, 质量小的物体下落得慢, 针对学生的这种错误认识, 笔者设计了以下的对比性实验。 先从相同高度处同时释放一个小铁球和一张纸片, 结果小球下落得快。 不少学生错误地认为小铁球质量大, 下落快, 因而得出下落加速度由其质量决定的错误结论。 此时, 教师不要急于纠正学生的错误, 而是接着分别演示: (1) 两张相同的纸片, 其中一张揉成一个小团, 再从同样高度同时释放, 结果观察到纸团下落快。 (2) 将一张质量较小的小纸片揉成一团与一张质量较大的纸片, 同时从同样高度开始下落, 可观察到质量小的纸团反而下落得快。 当学生弄清纸片之所以比纸团下落得慢是因为空气阻力对纸片影响大以后, 进而提出:“如果没有空气阻力的影响, 将会出现什么现象”, 让学生思考, 从而得出正确的结论。

2通过对比性实验帮助学生形成正确的物理概念

对于有些物理概念比较抽象, 有的学生难于理解, 设计对比性试验, 引导学生一边实验一边分析, 抽象出事物的本质特征, 帮助学生形成正确的概念, 完成认识上质的飞跃。 例如, 2013 年6 月20 日, 太空教师王亚平做的第一个实验 — ——测量物体的质量:地球上怎样测量物体的质量? 这个问题学生很容易回答, 用天平;而在太空中又怎样来测量物体的质量呢? 质量测量仪。 其原理:牛顿第二定律 (F=ma) , 将航天员固定在一个位置, 给定一个恒定的力拉他回来, 可以用仪器测定出加速度a, 用m=F/a直接计算出航天员的质量。 第二个实验———单摆运动演示:提问:太空上的单摆会不会像在地球上一样做往返运动呢? 仪器:单摆试验仪。 原理:太空中, 小球处于失重状态。 如果给小球一个力, 小球将做圆周运动, 因为小球处于失重状态, 只要很小的力就可以使小球做圆周运动, 但在地球上要有足够的力才可以。

初中学生对“二力平衡”条件觉得很简单, 似乎没有什么困难, 但又往往形成片面的认识。 在课堂教学中, 笔者就从日常生活中吊在电线上的电灯, 放在桌子上的书籍等物体保持静止状态等实例引发, 进而做“二力平衡的条件”的演示实验, 让学生仔细观察并读出小车保持静止时两边吊盘里砝码的重力, 并向学生提出探索性问题:“二力在什么条件下才会平衡? ”学生往往得出片面的结论:“二力平衡条件是二力的大小相等, 方向相反。 ”这时引导学生再仔细观察如下两个有针对性的对比实验。 (1) 两个力大小相等, 方向相反, 分别作用在两个物体上 (即用两个小车拼合在一起代替原来的小车实验) ; (2) 两力大小相等, 方向相反, 作用在同一个物体上, 但这两个力的作用线不在同一条直线上。 通过这两个实验, 学生自己否定了原先的片面论断, 从而得出科学的结论:“作用在同一个物体上的两个力, 如果大小相等, 方向相反, 并且作用在同一条直线上, 这两个力就平衡。 ”

大气压强这一概念, 对初中学生来说是比较抽象的, 教学中笔者设计两个对比性实验, 每做一个实验, 都要引导学生仔细观察现象, 思考问题, 分析问题, 步步深入。 讲课开始笔者会先做“空杯 — ——厚纸片”演示实验;接着再做 “水杯 — ——厚纸片”演示实验, 让学生思考, 放开手后, 两次厚纸片会不会掉下来? 当学生看到第一次厚纸片掉下来而第二次厚纸片不会掉下来这个意想不到的现象时, 无不感到新奇有趣, 激发学生的求知欲。 这时笔者会因势利导提出:“上述实验中厚纸片受到哪些向下的作用?为什么第二次厚纸片不会掉下来? ”学生很自然领会到厚纸片不会掉下来一定受到一个向上的压力作用, 这个压力只能是大气产生的, 由此可见, 大气对厚纸片产生了压强。

进而向学生提出:“教材上要求做这个实验时, 杯里要装满水, 若杯里只盛少量水, 甚至不装水, 这个实验能不能成功? ”为了开阔学生的思路, 又进一步提出若用小刀片把厚纸片与杯的接触处撬开一个小口子, 将会出现什么现象? 然后再做实验加以验证。 实验结果与分析、推理的一致性, 加深了学生对大气压强的认识, 同时也培养了学生的思维能力。 接着进行“马德堡半球”实验, 证明大气对任何方向都有压强, 而且大气压强可以产生很大的力, 从而使学生对大气压的理解具体而鲜明。

3运用对比性实验理解物理现象的本质

在浮力一课的教学中, 为了揭示浮力产生的原因是水中的向上和向下的压强差对物体造成的压力差, 笔者设计了如下浮力消失和产生的对比实验:

(1) 用一个剪去尾部的空矿泉水瓶, 去掉瓶盖, 向里面放入两个小乒乓球, 然后竖起向里面倒水, 一个小乒乓球浮起来了, 一个在底部不动, 然后我把瓶盖盖住, 另一个小乒乓球也浮起来了; (2) 把一块蜡块的底面紧压在平底的玻璃器皿的底面, 使之紧密接触, 然后缓慢地注水于容器中, 使整个蜡块都浸没在水中, 蜡块并不浮起。 如果将蜡块与器皿底接触处推开一道小缝, 让水浸入, 蜡块则很快就浮起来。 通过对比, 学生对浮力产生的本质原因的理解具具体又深刻。