谷春生

(安徽省阜陽市第三中學,安徽阜陽 236006)

物理課外實驗與小制作是物理課外活動的重要組成部分.它的著力點在于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、觀察能力、動手能力、探究能力等等.這種形式有利于基礎物理教育從應試教育向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)化,有利于學生個性的發(fā)展和智力的開發(fā),更有利于創(chuàng)新拔尖人才的培養(yǎng).隨著高中新課程改革的全面推開,科學探究已成為當前基礎教育課程改革的熱點、亮點和難點.而物理課外實驗與小制作的設計,是培養(yǎng)學生科學探究能力的重要組成部分,這就迫切要求教師要善于吸收教育科學及所教學科的最新成果,拓寬自己的知識面,挖掘出教材所蘊涵的探究性因素,精心設計或啟發(fā)學生設計相應的課外實驗與小制作,把學生置于開放、多元的學習環(huán)境中,確立起學生在學習中的主體地位,增進獨立思考能力,啟迪創(chuàng)新思維,培養(yǎng)學生的科學探究能力,使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神.

物理課外實驗與小制作的設計,可分為學生自主設計、教師啟發(fā)設計、教師指導設計三種形式.較易的實驗可由學生自主設計,稍難一點或運用知識點稍多的實驗可在教師的啟發(fā)協(xié)助下由學生設計完成,較難的實驗或制作可由教師指導學生設計,按照教師的意圖鼓勵學生略有創(chuàng)意地設計完成.

課外實驗與小制作的設計應遵循趣味性強、取材容易、制作簡單、經(jīng)濟可行的原則.基本以教材知識為切入點,可適當做些引申和拓寬,以豐富學生的知識面,提升他們熱愛科學的志趣.下面略舉幾個案例,以求拋磚引玉.

案例1.會爬動的紙蛇(本案例較簡單,可列出材料讓學生自主設計完成)

器材:吸墨紙、剪刀、一杯水、滴液管、筆等.

制作與操作:在紙上畫出一條蛇的形狀,然后用剪刀沿著蛇的形狀剪下來.將剪下的紙蛇折出一條條褶皺,然后平置于地上.用滴液管將一滴水滴在紙蛇的褶皺上,仔細觀察,不一會兒神奇地發(fā)現(xiàn)紙蛇向前動了起來,如圖1所示.

圖1

知識鏈接:毛細作用和擴散現(xiàn)象等.

物理原理:當把水滴在紙蛇的褶皺處時,因為紙纖維的毛細作用,水很快就會向四周擴散,褶皺處跟著就會擴展開來.就這樣,一個褶皺一個褶皺地傳遞,便會看到紙蛇在地上爬動起來.

案例2.發(fā)光的冰糖(本案例稍難一點,運用的知識點較多,可在教師的啟發(fā)協(xié)助下,由學生設計完成)

器材:透明厚塑膠袋、大量冰糖塊、細繩、搟面杖等.

制作與操作:將冰糖放入透明厚塑料袋中,扎緊袋口.然后將冰糖袋放在桌面上,拉上房間的窗簾,形成一暗室,再用一搟面杖來回搟壓冰糖袋,仔細觀察,袋里的冰糖神奇地發(fā)光了.

知識鏈接:晶體摩擦、活躍分子、能級躍遷、釋放光子等.

物理原理:晶體發(fā)生摩擦時會產(chǎn)生亮光.這是因為冰糖晶體在搟面杖的來回擠壓下會破碎成片,冰糖晶體被粉碎過程中,由于摩擦產(chǎn)生靜電導致發(fā)光,所以看起來冰糖就發(fā)光了.

案例3.打火機發(fā)電(本案例屬于較復雜的小實驗,可在教師的指導下設計完成)

創(chuàng)設情境,引出問題:液體打火機是一種小巧的取火器.當你按下帶有放電裝置的打火機時,打火機里的放電裝置就會產(chǎn)生電火花.同時部分液化氣體跑出來,就會被點燃,形成火焰.打火機既然有放電裝置,它能不能用來發(fā)電呢?

器材:一個液化氣體打火機、一把螺絲刀、一盞15 W的螺口白熾燈泡等.

制作與操作:用螺絲刀小心翼翼地打開打火機,取出開關部分的零件,這個零件叫做“壓電素子”,如圖 2所示.然后左手握住15 W的螺口白熾燈的燈泡部分,右手握著壓電素子,并使壓電素子的尖端部分緊貼著白熾燈接頭的底端.按一下壓電素子,就可以看到燈泡也會閃亮一下,如圖3所示.

圖2

圖3

知識鏈接:壓電素子、尖端放電等.

物理原理:壓電素子中裝有一個叫做壓電陶瓷的放電裝置,它能在瞬間產(chǎn)生104V的高壓.所以按動壓電素子時,與它相連的燈泡會閃亮.日常生活中的燃氣灶點火裝置、摩托車打火裝置、汽車點火的裝置——火花塞,點火時也都相當于按動打火機的壓電素子,都是這個道理.

案例4.氣球摩擦日光燈發(fā)光(本案例屬于較復雜的小實驗,可在教師的指導下設計完成)

器材:一只氣球、一根細繩、一根日光燈管、一塊抹布等.

制作與操作:取一只氣球吹鼓后,用細繩扎緊.用抹布將日光燈管擦凈擦干,在一個暗室內(nèi)將日光燈管的一端立在地板上.一只手扶住燈管,另一只手拿著氣球?qū)⑵浒丛跓艄苌峡焖偕舷履Σ?觀察燈管的情況,如圖4所示.結(jié)果神奇地發(fā)現(xiàn),燈管開始發(fā)光,而且不管氣球靠近燈管的哪個位置,燈管的那個位置就會開始發(fā)光.

知識鏈接:日光燈原理、水銀蒸氣電離發(fā)出紫外線、摩擦起電、熒光物質(zhì)發(fā)出可見光等.

物理原理:日光燈管是一根玻璃管,內(nèi)壁涂有一層熒光粉(鎢酸鎂、鎢酸鈣、硅酸鋅等),不同的熒光粉可發(fā)出不同顏色的光.燈管內(nèi)充有稀薄的惰性氣體(如氬氣)和水銀蒸氣,燈管兩端有由鎢制成的燈絲,燈絲上涂有受熱后易于發(fā)射電子的氧化物,如圖5所示.

圖4

圖5

日光燈的工作原理:當開關接通的時候,電源220 V的電壓立即通過鎮(zhèn)流器和燈管燈絲加到啟動器的兩極.220 V的電壓立即使啟動器中充入的惰性氣體——氖氣電離,產(chǎn)生輝光放電.電流通過鎮(zhèn)流器、啟動器觸極和兩端燈絲構(gòu)成通路.燈絲很快被電流加熱,發(fā)射出大量電子.輝光放電產(chǎn)生的熱量使雙金屬片——動觸片、靜觸片受熱膨脹,致使兩極接觸.此時,由于啟動器兩極閉合,兩極間電壓為零,輝光放電驟然停止,管內(nèi)溫度降低;雙金屬片自動復位,兩極斷開.在兩極斷開的瞬間,電路電流突然切斷,鎮(zhèn)流器產(chǎn)生很大的自感電動勢,與電源電壓疊加后作用于管兩端.燈絲受熱時發(fā)射出來的大量電子,在燈管兩端高電壓作用下,以極大的速度由低電勢端向高電勢端運動.在加速運動的過程中,碰撞管內(nèi)氬氣分子,使之迅速電離.氬氣電離生熱,熱量使水銀產(chǎn)生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,并發(fā)出強烈的紫外線.在紫外線的激發(fā)下,管壁內(nèi)的熒光物質(zhì)便發(fā)出乳白色的可見光來,如圖6所示.

圖6

當手持氣球在燈管壁上快速上下摩擦時,也會有同樣的現(xiàn)象發(fā)生,只不過發(fā)光的范圍更小.當氣球與燈管摩擦時,根據(jù)摩擦起電的原理,氣球表面的電子增多,使日光燈管中的電場發(fā)生變化,從而形成燈管內(nèi)的電荷重新分布,造成電荷定向移動.隨著氣球在燈管壁上快速地上下摩擦,燈管內(nèi)電荷也快速上下定向移動,在快速定向移動的過程中,電荷碰撞管內(nèi)氬氣分子,使之迅速電離.氬氣電離生熱,熱量使水銀產(chǎn)生蒸氣,隨之水銀蒸氣也被電離,并發(fā)出微弱的紫外線.在紫外線的激發(fā)下,燈管內(nèi)壁的熒光物質(zhì)便發(fā)出微弱的可見光來.

總之,課外實驗與小制作的設計及其實施過程,有利于提高學生學習物理的興趣,增強創(chuàng)新意識和實踐能力.通過設計能串聯(lián)中學物理中的許多知識點,使其分布于趣味性極強的探究實驗的網(wǎng)絡之中,使學生在愉快中感受物理、學習物理,可以更好地培養(yǎng)他們的科學探究能力,使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神.

1 人教社物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標準實驗教科書?物理.北京:人民教育出版社,2007.

2 于啟齋.身邊科學小實驗.上海:上?？萍汲霭嫔?2006.