初中物理实验设计的四种常用方法，本文主要内容关键词为：四种论文,物理实验论文,初中论文,常用论文,方法论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
教师演示实验和学生分组实验是物理教学常采用的实验方式。演示实验虽然具有生动、直观、形象、鲜明的特点，但由于仪器和空间的局限，很多实验可见度不高。学生分组实验虽能较好地培养学生的动手能力，但限于仪器装备状况，实验的效果会受到影响。本人在多年的教学实践中总结了很多改进物理实验的方法，经改进的物理实验在课堂教学中收到了良好的教学效果。
一、逆向思维法
逆向思维法是改变一般思维程序，即把事物反过来看，并由此解决问题、产生新的产品和成果的方法。若把逆向思维法引进实验教学，并在教学中将正面、反面两种现象进行有机结合、交替显示，或改变演示程序，就能获得殊途同归之效。这些实验对解决教学中的重点内容可起到事半功倍之效。现举几例说明。
1.没有大气压的大气压实验
在大气压强的教学中，为使学生确信大气压的存在，总要演示如图1所示的“覆杯实验”。这个实验简单易行，照理是说明大气压存在的极好的实验，殊不知这个实验却在学生中产生了疑惑：是不是水把纸片“黏”住了？
这个实验事实学生难以接受的原因是多方面的。如果根据逆向思维法反过来想一想，设计一些“没有大气压将会出现什么现象”的实验，会产生怎样的教学效果呢？
图1 覆杯实验示意图
图2 玻璃瓶内的覆杯实验示意图
根据上述思路，我将图1“覆杯实验”移入大口玻璃瓶内做这个实验（图2），并在瓶内充入少量烟雾。当从瓶内抽气时，烟雾也被抽出，让学生确信是从瓶内把空气抽出来的。我将瓶内空气逐渐抽出，直至出现纸片落下的结果，这就从“反面”说明了大气压的存在。
2.反证浮力产生的原因
浮力产生的原因是液体对物体有向上和向下的压力差。为了证实这个结论，我设计了如图3所示的实验。用橡皮膜封住透明塑料圆筒两端，中间插有1根橡皮管用来通气。当圆筒浸入水中水平放置时（图3-a）。两端的橡皮膜凹陷的程度一样，这表明水对圆筒的两侧面压力大小是相等的。但当圆筒浸入水中竖直放置时（图3-b），情况就不同了，下表面橡皮膜向内凹陷的程度比上表面的要大，这说明下表面受到水的压力比上表面受到水的压力要大。这个实验可显示浸在水中的物体存在上、下压力差，但没有揭示浮力产生的原因。
图3 证明压力差的实验装置
如果我们不是从正面去显示压力差，而是反过来想一想：如果浸在水中的物体没有压力差，或者失去了压力差的条件，浮力是不是就没有了？如果实验能证实这一点，不是从反面证实浮力产生的原因了吗？正是在这种逆向思维指导下，笔者设计了下面的实验方案。
如下页图4所示，将容器分隔成上、下两层，隔层中间开有圆孔，另插有2根玻璃细管，长的1根露出容器外。演示时在容器内放上蜡块，蜡块盖住隔层中间的圆孔，向容器内注水。可见蜡块被水浸没后仍不浮起，这是因为蜡块下表面没有受到水的压力，所以失去了产生浮力的条件。当水慢慢地从进水口进入下层，且水升到蜡块下表面时，蜡块即浮起。这就反证了浸在液体中的物体只有受到向上、向下的压力差时，才会有浮力的产生。
图4 反证产生浮力的实验装置
这两组实验，由于采用了正面肯定和反面否定相结合的方式，故说服力明显增强，提高了实验的可信度，使学生获得的感性认识完整、鲜明和深刻，从而提高了学生的思维水平，达到了比较理想的教学效果。
二、模拟法
在日常交流中，人们常用比较熟悉的现象去形象地说明另一生疏的现象，这可以说是模拟法的理论雏形。
在物理概念规律的教学中，学生往往对那些不易观察或不能从外部直接观察其内部状态的现象（因缺乏形象的感性材料）产生思维障碍。这时，我们常借助模拟实验来提供学生熟悉的生动形象的感性材料，从而达到揭示现象本质、点拨学生思维的目的。现举几例说明。
1.显示摩擦力的方向
2003年，广东省中考试题中就有一道让学生判断自行车行驶时后轮受到地面的摩擦力方向的题目，结果学生的得分率非常低。可见，判断摩擦力的方向是学生学习中的一个难点。为了让学生更好地理解摩擦力、准确判断摩擦力的方向，笔者设计了用物体的形变（毛刷）来显示摩擦力的方向，效果很好。
图5 显示摩擦力方向的实验装置
如图5所示，图5-a是毛刷放在水平桌面上的情况，当用力向右拉动毛刷时（图5-b），刷毛就向左弯曲，刷毛弯曲的方向就显示了A物体受到桌面摩擦力的方向。如果把刷毛黏在电动玩具车（后轮驱动型）的4个车轮上，让玩具车慢速行驶，就可从车轮上的刷毛弯曲情况反映出各轮受到地面摩擦力的方向（图6）。
2.模拟分子间的相互作用力
分子间的相互作用力历来被认为是一个教学难点，学生对分子同时存在引力和斥力的知识点难于理解。在分子间的距离r不同时，分子力表现不同。模拟分子间的相互作用力可以帮助我们解决分子间的相互作用力这一教学难点。
图6 玩具车轮受到的摩擦力方向
图7 模拟分子间相互作用力的实验装置
如图7所示，取2个乒乓球代表分子，把2个乒乓球分别固定在1根弹簧的两端（可用热熔胶固定），当使弹簧在2个球之间产生压缩形变后，用橡皮筋穿过弹簧并把橡皮筋两端固定在2个乒乓球上即可。
压缩弹簧产生的弹力表示分子斥力，拉伸橡皮筋产生的拉力表示分子引力，模型可同时表示出分子引力和分子斥力。当2个球平衡时，橡皮筋的拉力等于弹簧的弹力，即表示分子引力等于分子斥力。当两球的距离增大时，橡皮筋的拉力大于弹簧的弹力，即表示分子引力大于分子斥力，此时分子间表现为引力。当两球的距离缩小时，橡皮筋的拉力小于弹簧的弹力，即表示分子引力小于分子斥力，此时分子间表现为斥力。
我认为，模拟实验是因某些原因而无法采用真实实验或真实实验在课堂教学操作中难度太大的情况下的一种补充手段。虽然尚欠真实，但利用这种用真实材料做成的模拟装置比起其他模拟手段（如计算机模拟实验）来说，仍具有特色，它仍然具有一定的真实性。它所揭示的现象尽管有时并不严格，但还是有不同于一般的教学价值。
三、放大法
有些物理实验的现象所显示出来的变化是很微小的，很难用肉眼直接观察，即使能观察到，也要近距离才能达到良好的效果。如果是做演示实验，坐在后面的学生也就无法观察到这些变化微小的现象，那么就要求我们把这种微小的变化给予放大，以增强可观性。我现就利用“声现象”这一章的有关实验对此法加以说明。
1.利用光来放大——发声体在振动
在演示音叉发声的实验中，音叉敲响后，由于它的振动幅度很小，不易让每一个学生都直接观察到，那么，我们就可以利用光的反射来把音叉的振动放大。如图8所示，在音叉的一侧贴上一小块平面镜，激光经平面镜反射到天花板上就有一个光点，并让每一个学生都能看到这个光点；然后敲击音叉，让音叉发出声音，那么，天花板上的那个光点也随之跳动，这就说明了正在发声的音叉在振动。这个装置也能说明响度与振幅的关系。
图8 演示音叉发声振动的实验装置
2.利用指针来放大——响度与振幅
如图9所示，把指针的下端弯成直角，并用热熔胶连到低音纸盆喇叭中间；把扬声器的连接插头插入录音机音频输出插孔，播放音乐，扬声器发声时纸盆的振动通过指针得到放大。音量越大，指针摆动的幅度就越大，以此说明响度跟振幅的关系。
图9 演示响度与振幅的试验装置
四、替代法
在物理教学中人们经常采取一些替代的方法，如缺乏现成仪器就会找些功能相同的器材来代替；一些效果不佳的实验也可用自制教具代替。经替代改进后的实验操作起来更简单、省时、可见性高、实验效果更好。我现例举用空气替代煤油做焦耳定律实验，以对此法加以说明。
教材中演示焦耳定律实验是用电阻丝对煤油加热，实验中煤油在玻璃管中上升的高度差别不是很大，坐在教室后排的学生不易观察出来，而且煤油在灌装时很麻烦，沾到手后的味道也很难除去。那么用空气来替代煤油，操作起来就方便多了，而且效果更好。
如图10所示，电阻丝用电炉丝制成，用欧姆表分别量出并截取6Ω，3Ω，3Ω3段电炉丝；把每段电阻丝连接好引线，瓶口用橡皮塞塞紧，2根L形的玻璃管短端穿过橡皮塞分别与瓶内相通，引线穿过橡皮塞，用蜡封紧瓶口和引线处，使瓶子不漏气。3个瓶口向下，用铁皮将其固定在竖直的木板上。剪1段约20cm长的医用输液管，并套在注射器上（图11），吸取一定量的红色水；然后把输液管伸入玻璃管中慢慢注入一段红水柱，并使玻璃管中的3条红水柱在同一高度。
图10 演示焦耳定律的替代实验电路
图11 套管注射器
按图10所示的电路图把3个瓶中的电阻丝引线连成电路，用双刀三掷开关来实现电路的转换。当开关打在“2”的位置时，整个电路处于断开状态；当开关打在“1”的位置时，①号瓴和②号瓶中的电阻丝串联，就可以研究电流、通电时间相同，而电阻不同的情况下电流产生的热量；当开关打在“3”的位置时，②号瓶和③号瓶中的电阻丝并联，其中在③号瓶电阻丝的电路中还串联了1个3Ω的电阻，以确保2个瓶中电阻丝的电流是不同的，这样就可以研究电阻、通电时间相同，而电流不同的情况下电流产生的热量。产生的热量越多，红水柱就上升得越高。在这个实验中利用了空气受热膨胀快这一特点，一通电就可观察到红水柱在上升，而且上升得很快，每次实验只需通电几秒钟即可。
物理实验的创新设计方法能为我们在短时间内找到提高实验效果的有效办法，能为我们改造、创新一个物理实验提供正确的思路，经改进过的实验应用在教学中，能大大地增强实验效果，提高课堂效率。
标签：浮力论文;