开发非常规物理实验(刘炳升)

1、把对学生的机械训练转向实践素质的培养把对学生的机械训练转向实践素质的培养开发非常规物理实验的开发非常规物理实验的素质教育功能素质教育功能刘炳昇刘炳昇NJNJ问题的提出n习题和练习是物理教学的一部分，但现习题和练习是物理教学的一部分，但现实中，它的地位已经胜过概念、规律教实中，它的地位已经胜过概念、规律教学，而且是一种大运动量的、几乎都是学，而且是一种大运动量的、几乎都是脱离实际的笔试训练。它使大多数学生脱离实际的笔试训练。它使大多数学生厌学，是在糟蹋学生的青春。厌学，是在糟蹋学生的青春。n这种状况需要改变。这种状况需要改变。解决实践问题的特点n1.更有利于激发学生的好奇心和求知欲。更有利于激发

2、学生的好奇心和求知欲。n2.需要通过自己的观察获取信息，发现问题，需要通过自己的观察获取信息，发现问题，作为进一步思维的基础。作为进一步思维的基础。n3.学生能直接从实践中获得及时、准确的反馈学生能直接从实践中获得及时、准确的反馈信息，有利于提高学生实践意识和评价能力。信息，有利于提高学生实践意识和评价能力。n4.实践中蕴藏着极其活跃的因素，有益于活化实践中蕴藏着极其活跃的因素，有益于活化知识和训练思维。知识和训练思维。n5.实践活动内容丰富，形式多样，有利于发展实践活动内容丰富，形式多样，有利于发展学生的个性特长。学生的个性特长。寻找风铃管音调的经验规律L /cm48.5 45.5 40.5

3、 35.5 33 f /Hz 656 741 920 1180 1380 Lf3180033700373004189045500示波器软件示波器软件管径：管径：2.5cm304050600100012001400800是否与管径有关？n管直径1.5cmL /cm 30.028.5 26.5 24.5 22.5 20.5 f /Hz990 1108 1291 1507 1765 2131 30405060010001200140080020d =2.5cmd =1.5cm 寻找经验规律n频率与管长和管的截面积有关，管长越长，频率越低；截面积越大，频率越高。n频率与这两个因素某种关系的乘积，可能与

4、声速有关。因此这两个因素关系的量纲应当是m1.n由此或猜想：定值kvSlf2验证：n管直径1.5cmn误差在1%-2%间。L /cm30.028.5 26.5 24.5 22.5 20.5 f /Hz990 1108 1291 1507 1765 2131 5940599960446030595659701022dLf逆风行舟逆风行舟n给你一个带帆的小车和电风扇，你能使小车在给你一个带帆的小车和电风扇，你能使小车在略倾的斜面上逆风行进吗？略倾的斜面上逆风行进吗？n试一试，你是怎样做到的？试一试，你是怎样做到的？n你能说明逆风行车的原理吗？你能说明逆风行车的原理吗？n能否用一把直尺、三角板和铅笔

5、做一个模拟实能否用一把直尺、三角板和铅笔做一个模拟实验并说明它的原理？验并说明它的原理？n说明在什么样的情况下小舟不能逆风而上。说明在什么样的情况下小舟不能逆风而上。学生在实践中的表现学生在实践中的表现n可调整的维度：航向、风向、帆可调整的维度：航向、风向、帆向。向。n选择航向和风向在一条直线上，选择航向和风向在一条直线上，改变帆向；改变帆向；n时而改变风向，时而改变帆向；时而改变风向，时而改变帆向；n固定风向与航向的夹角，调节帆固定风向与航向的夹角，调节帆向，由于合适的帆向只在已定的向，由于合适的帆向只在已定的夹角范围内，尝试中很容易错过；夹角范围内，尝试中很容易错过；航向风向帆向学生在实践

6、中的表现学生在实践中的表现n少数同学开始转向画图少数同学开始转向画图分析；分析；n少数同学用直尺和三角少数同学用直尺和三角板实验；板实验；n然后回来做帆车的实验；然后回来做帆车的实验；n再进行理论分析。分析再进行理论分析。分析中多把风向当成对帆施中多把风向当成对帆施力的方向。力的方向。航向风向帆向案例：滑板车靠什么前进？n在市民广场上有一些小孩站在一种特殊的滑板车上，不用脚来蹬地就能前行，前行的奥秘是什么？n观察小车的结构。n试一试，你是怎样使小车前行的？n分析一下，小车为什么能够前进？二轮滑板车的结构n一脚踏滑板前部，另一脚踏滑板后部，使前后板绕纵轴往复扭转，滑板车就向前运动了。n为什么滑板

7、车会向前运动呢？滑车（后部）受力分析FF前方F1FF2俯视俯视前方前视前视侧视侧视评析：n它们都是户外运动中的实际问题，学生非常感兴趣，但对运动的原理却想不通，似乎违背常理，不依靠划桨（或发动机）产生的动力，小船岂能逆流而上？没有链条带动车轮，也不蹬地，小车还能前进？因此解决问题的动机很强。n通过探究使问题得到解决，过程中也许没有公式的推导和计算，但需要有思想，会解释不亚于做一个复杂的计算题！案例：逆风行舟案例：逆风行舟 n常言道，乘长风破万里浪，顺常言道，乘长风破万里浪，顺风破浪。但你见过逆风破浪，风破浪。但你见过逆风破浪，而不靠人力拼搏吗？这似乎不而不靠人力拼搏吗？这似乎不可想象，但事实上

8、，只要把握可想象，但事实上，只要把握一定的航向和适当控制帆面的一定的航向和适当控制帆面的位置，最终是可以达到逆风目位置，最终是可以达到逆风目标的。标的。案例：荡秋千的学问n用手拉住摆绳的一端，让摆球先以小振幅摆起来，怎样通过你拉绳的手使摆球的振幅增大？n试一试。n你打算在什么位置拉绳，在什么位置松绳？n为什么？手案例：荡秋千的学问n学生学了机械能守恒，就用机械能守恒定律来解决问题，但实际情况并不是那么一回事。n想一想，你是怎样打秋千的？如果你站在秋千板上，在什么位置你要蹲下去？在什么位置你要站起来？n回顾你学过的知识，你能提出什么问题吗？案例：荡秋千的学问n按照你打秋千的经验，再来拉动摆球，试

9、一试，你能使摆球的振幅增大吗？n为什么我们不能用机械能守恒定律来解决这个打秋千的问题？因为人在做功改变了系统的能量。n通俗地解释一下原因（可以演示）：一个在光滑水平面内被线牵着的小球作圆周运动，半径变小时，小球转动的线速度会变大。原因是它要保持转动的动能不变。人在秋千的最低点站起来时，半径变小，线速度就要变大。评析n这是一种孩子喜欢玩的游戏，如果没有学过机械能守恒定律，也许他们会模拟荡秋千，但学过以后不会了。因为他们很少经历这种实践的训练，不知道真正解决实际问题的思考模式。n知道不知道角动量守恒并不重要，通俗地解释一下，可以使学生得到充实感，并唤起今后学习的动机。案例：静电散花静电飞花的解释静

10、电飞花的解释案例：演示平行板电容的实验n器材：静电计，固定在静电计上的金属圆盘，带绝缘柄的金属圆盘，摩擦起电（或感应起电）的简单装置。n请演示说明平行板电容器的电容与平板间距离的关系。案例：演示平行板电容的实验n距离减小，指针张角变大。n意味着电势差随距离减小而增大。n根据n可得：距离减小，电容也减小。为什么？ UQC 地带电案例：演示平行板电容的实验n手持绝缘柄将金属盘接近静电计上的金属盘，指针张角几乎不减小。n这是为什么？地让下板带电案例：演示平行板电容的实验n手接触金属盘，将其接近静电计上的金属盘，指针张角减小，移开上金属盘，指针张角变大。n意味着距离减小时，电势差变小，电容变大。说明平

11、行板电容器的电容随两极板间距离减小而变大。地让下板带电为什么前两种做法带来错误的结论？n第一种：静电计测量的是下金属盘与地之间的电势差，下金属盘被感应的电量在随距离减小而增大。不等于电容两极的电势差。n第二种：上金属盘不接地，静电计测量的也不等于电容两极的电势差。它相当于测量平行板电容与上金属盘与地之间电容串联的电势差。总电容很小，几乎不变。n说明实践问题与解决笔头问题是大不相同的。案例：探究奇异的饮水鸟饱和汽的特性课题：奇异的饮水鸟课题：奇异的饮水鸟 n有如图所示的玩具，称之为饮水鸟，在饮水鸟旁的小碗中注水近满，再把饮水鸟的头按低，使其嘴喙插入至水中，n片刻后释放，仔细观察出现的现象。 课题

12、：奇异的饮水鸟课题：奇异的饮水鸟n你见到哪些现象？ n想象出它的内部结构，并分析饮水鸟连续动作的原因。你是怎样思考的？根据哪些现象提出假设的？n请你说明饮水鸟重心变化的初始原因是什么？为什么会引起重心变化？低头的力矩是怎样产生的？n 课题：奇异的饮水鸟课题：奇异的饮水鸟n饮水鸟低头以后，为什么又会抬起头来？你是否观察到抬头前饮水鸟内发生的一些现象？这些现象与抬头有什么关系？n能否用另一种方式的实验来验证你提出的假说？ n请分析说明这种“机器”能否看成是一种永动机？为什么？ 尝试用下面的模型解释n模型1：乙醚尾泡头泡吸湿层汽室支点饮水鸟的奥秘探索n伽里略气体温度计的启示：n测温泡温度降低，n泡内

13、的饱和汽压减小，n液柱上升。对模型1的改造乙醚尾泡汽室1头泡吸湿层汽室2支点饮水鸟的奥秘n杯中水吸入头泡的吸湿层尾泡吸湿层汽室2乙醚汽室1头泡支点饮水鸟的奥秘n吸湿层中水份蒸发，使头泡温度下降乙醚尾泡汽室1头泡吸湿层汽室2支点饮水鸟的奥秘n头泡温度降低汽室2压强P2减小乙醚尾泡汽室1头泡吸湿层汽室2支点饮水鸟的奥秘nP2P1汽室尾泡中的乙醚沿管上升乙醚尾泡汽室1头泡吸湿层汽室2支点饮水鸟的奥秘n重心前移低头，吸湿层与水接触乙醚尾泡吸湿层汽室2支点汽室1头泡乙醚尾泡吸湿层汽室2支点汽室1头泡对模型2的改造n饮水鸟低头后怎样才能抬起头来？n怎样使头泡内的汽压增大？让尾泡里的汽能进入到头泡内。尾泡内

14、的乙醚液面必须低于尾管。尾泡乙醚吸湿层汽室2支点汽室1头泡饮水鸟的奥秘n汽室1中的汽沿管上升汽室2中的汽压增大管中液体流回尾泡尾泡吸湿层汽室2乙醚汽室1头泡支点饮水鸟的奥秘n饮水鸟重心后移抬头乙醚尾泡汽室1头泡吸湿层汽室2支点怎样验证上述分析是正确的？从黑箱到灰箱，再到白箱。评析n把一个有趣的玩具当成黑箱来探索，根据观察得到的信息，边猜想，边论证，边修改，再验证。n收获的不只是知识，过程中才感悟到什么是探究。小结n基础教育的性质是大众教育，高中也不例外，中学物理课程教给学生的应当是有思想的物理学，有生活的物理学，有文化的物理学，联系实际的物理学，以实验为基础的物理学。n多少年来，许多大师和教师一直在呼唤以实验为基础，但现实却非常不理想。为什么会这样困难呢？n轻视实践的观点和做法有其深刻的历史和社会原因。n中国是一个文明古国，有悠久的文化传统，但经历封建统治的时间很长，有一些封建的意识阻碍了社会的发展。