慎永躍

作為物理教育工作者,我們都知道實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要意義。通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生獲得必要的感性認(rèn)識(shí),從而幫助他們形成正確的概念,加深對(duì)規(guī)律的認(rèn)識(shí),加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解和記憶。作為教師的演示實(shí)驗(yàn)來說,通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)直觀教學(xué),刺激學(xué)生的感觀使思維活躍起來,幫助學(xué)生在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上上升為理論。為了達(dá)到上述目的,演示實(shí)驗(yàn)必須做到:確保實(shí)驗(yàn)成功,演示的現(xiàn)象要清楚,使每個(gè)學(xué)生都能觀察到。

現(xiàn)行人教版九年義務(wù)教育初中物理第二冊(cè)18頁圖2-11的空氣推動(dòng)塞子時(shí)內(nèi)能減小的實(shí)驗(yàn),筆者在多年的教學(xué)中按課本的方法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn):該實(shí)驗(yàn)很難成功,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象極不明顯。只有做演示實(shí)驗(yàn)的教師留心觀察,才能看到極不明顯的霧出現(xiàn)。不要說使每個(gè)學(xué)生都能觀察到,即使第一排的學(xué)生可能也觀察不到。由于實(shí)驗(yàn)的不成功,根本無法讓學(xué)生感知瓶?jī)?nèi)的空氣推動(dòng)瓶塞做功時(shí),內(nèi)能減小,溫度降低。因而也很難進(jìn)一步讓學(xué)生得出:“物體對(duì)外做功時(shí),本身的內(nèi)能會(huì)減小”的結(jié)論。要使學(xué)生接受這一結(jié)論也只能是勉強(qiáng),沒有說服力。這樣勢(shì)必影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶,也必將影響學(xué)生今后對(duì)熱力學(xué)定律的理解。

造成課本這一演示實(shí)驗(yàn)難以成功的原因,筆者認(rèn)為是教師難以對(duì)瓶?jī)?nèi)氣壓的大小做到自由控制。塞子塞得太緊,擔(dān)心用氣筒打氣不能將塞子沖出。即使塞子能沖出,又是擔(dān)心在塞子沖出的同時(shí),由于反沖可能會(huì)將瓶推倒,轉(zhuǎn)移了學(xué)生的注意力,甚至?xí)p壞儀器,給學(xué)生造成不好的印象。塞子塞得太松,當(dāng)塞子跳起來時(shí),瓶?jī)?nèi)空氣對(duì)塞子做功太少,空氣的溫度降低不多,難以觀察到容器中或容器口出現(xiàn)了霧。

筆者在用注射器做“氣體很容易被壓縮”的實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)注射器筒內(nèi)氣壓的大小能夠自由控制。從中得到啟示,對(duì)“空氣推動(dòng)塞子時(shí)內(nèi)能減小”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯,每一個(gè)同學(xué)都能非常清楚地看到。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間長,并且非常有趣。教師非常容易操作,成功率100%。

下面就是筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法和改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法。

取一支50ml的大注射器(不帶針頭),從燒杯中吸一些水到注射器筒內(nèi),讓水濕潤注射器筒壁。再將注射器筒內(nèi)的水全部倒回?zé)?。然后吸入約50ml的空氣到注射筒內(nèi)。用左手握注射器,給注射器筒壁上附著的水加熱一會(huì)兒,加快筒壁上水的蒸發(fā),增大注射筒內(nèi)空氣中水蒸氣的濃度。然后用左手拇指堵住注射器管口,將筒內(nèi)空氣密閉,右手用力推推筒,將注射器筒內(nèi)空氣壓縮到約20ml。讓注射器內(nèi)空氣將拇指推開。在空氣膨脹將手指推開時(shí),可以清楚地觀察到注射器管口冒出了梟梟“白煙”。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不僅清楚,而且持續(xù)時(shí)間長。在管口出現(xiàn)的霧就像從工廠的煙囪緩緩升起的白煙,再用右手將注射器筒內(nèi)剩余的約20ml的空氣慢慢推出,隨著空氣的推出,管口也緩緩地升起“白煙”,給學(xué)生留下非常深刻的印象。據(jù)此現(xiàn)象,學(xué)生感知到了空氣推動(dòng)手指做功時(shí),溫度降低,從而自然而然得出“物體對(duì)外做功時(shí),本身的內(nèi)能減小”的結(jié)論。由感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)。由此引導(dǎo)學(xué)生列舉實(shí)際生活中物體對(duì)外做功,物體的內(nèi)能減小的事例,課堂氣氛非?；钴S。通過感官的刺激,活躍了學(xué)生的思維,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

用注射器做“空氣推動(dòng)手指時(shí)內(nèi)能減小”的實(shí)驗(yàn),也可以像課本用大口的厚玻璃瓶做“空氣推動(dòng)塞子時(shí)內(nèi)能減小”的實(shí)驗(yàn),那樣在注射器筒內(nèi)裝少許水。但這樣做,沒有不裝水只是濕潤筒壁那樣便于控制實(shí)驗(yàn)。因?yàn)檠b了水減小了筒內(nèi)空間,空氣的壓縮程度如果太大,松開左手拇指后可能會(huì)噴出水霧(并不是水蒸氣液化而成的小水珠)或水柱,而不是管口緩慢上飄的“白煙”,造成實(shí)驗(yàn)失敗。

同時(shí)注射器筒內(nèi)不裝水做實(shí)驗(yàn)時(shí)也應(yīng)該注意:右手用力壓縮至約20ml后,放松左手拇指的同時(shí),右手應(yīng)不再用力往上推。若是這樣,此時(shí)管口出現(xiàn)梟梟“白煙”,再用右手慢慢推推筒會(huì)從管口不斷吐出“白煙”。若不是這樣,管口也有“白煙”出現(xiàn),但由于松開拇指后,右手再用力推推筒,空氣的快速流動(dòng)沖散了“白煙”,使現(xiàn)象不那么明顯,且持續(xù)時(shí)間短。有的學(xué)生可能沒觀察到。如果出現(xiàn)這種情況,可以重做,直到滿意為止。

因?yàn)楦倪M(jìn)后的實(shí)驗(yàn)又極易重復(fù)進(jìn)行,且耗時(shí)短,所以筆者在教學(xué)實(shí)踐中使用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn),效果非常好,若重復(fù)做二、三次效果更佳,課堂氣氛活躍,學(xué)生情緒高漲。

作者單位:山西省平陸縣西街中學(xué)