實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ),演示實(shí)驗(yàn)在引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)物理情景、進(jìn)行觀察思考中有著不可替代的作用?;谘菔緦?shí)驗(yàn)的直觀(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象體現(xiàn)出物理過程的直觀)、清楚(演示的物理現(xiàn)象清楚,可視范圍大)、簡(jiǎn)單(儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)單)的基本原則,筆者對(duì)一些演示實(shí)驗(yàn)作了一些改進(jìn),教學(xué)效果更加顯著。
1 振動(dòng)圖像的演示實(shí)驗(yàn)
課本上的實(shí)驗(yàn)是讓沙漏振動(dòng)起來,人在水平面上勻速拉動(dòng)木板,然后再將木板拿下來,木板上面就留下了振動(dòng)的沙跡。教師拿著木板繞著教室走上一圈,學(xué)生看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不清晰。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生直觀的看到振子在豎直方向的振動(dòng)、木板在水平方向的平動(dòng)、這兩個(gè)相互垂直運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。既節(jié)約了大量時(shí)間,同時(shí)也讓學(xué)生感受非常深刻。
實(shí)驗(yàn)裝置如圖1:(1)是支架,其長(zhǎng)、寬、高根據(jù)所用彈簧的長(zhǎng)度確定。材料可用不銹鋼方管,也可用木條。(2)是振子導(dǎo)軌,兩根細(xì)鐵絲相距約1cm,固定在支架的上下端。用來控制振子在豎直方向上運(yùn)動(dòng),使用時(shí)也可涂上一點(diǎn)潤(rùn)滑油。(3)和(5)是畫圖板的上下導(dǎo)軌,用來控制畫圖板在水平方向上運(yùn)動(dòng),使用時(shí)可涂上一點(diǎn)潤(rùn)滑油。(4)畫圖板,可用三夾板,寬度比畫圖板導(dǎo)軌的間距稍小,長(zhǎng)度適當(dāng)即可。為了便于滑動(dòng),可鑲上鋁合金邊框,然后在上面貼上5、6層白紙,做一次,撕掉一層,馬上又可做第二次。(6)和(9)是彈簧,可用實(shí)驗(yàn)室一般的拉伸彈簧。(7)是振子,筆者用直徑約10cm的不銹鋼球殼,鉆一個(gè)直徑約1cm的孔(比軟頭筆的直徑稍大),然后在球殼內(nèi)灌入水泥沙漿(如果用實(shí)心鋼球,密度太大,同時(shí)不便于鉆孔),插入一支軟頭筆,待水泥沙漿定型后取出軟頭筆。另外在與孔垂直的方向上焊接兩個(gè)掛鉤,便于安裝彈簧。(8)是一支畫圖用的軟頭筆,使用時(shí)將其套入振子導(dǎo)軌的兩根鐵絲之間,保證振子振動(dòng)時(shí)不左右偏移。
在具體演示的時(shí)候,先把筆拿下來,蘸上墨水,從兩根鐵絲之間插入振子孔中,讓筆頭剛好接觸畫圖板上面的紙,固定好。向下拉動(dòng)振子,讓其上下振動(dòng)起來,同時(shí)盡量勻速的水平推、或者拉動(dòng)木板。一般在演示之前稍做練習(xí),畫出的圖像都比較理想。
2 勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的演示實(shí)驗(yàn)
研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,當(dāng)初速度為零時(shí),位移與時(shí)間的平方成正比s ∝ T2。驗(yàn)證該結(jié)論,可用教材中的實(shí)驗(yàn)器材,用重錘拉著小車在水平面運(yùn)動(dòng),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)并記錄各時(shí)刻的空間位置。但演示起來不直觀,學(xué)生要通過測(cè)量、計(jì)算紙帶才能得到結(jié)論,且實(shí)驗(yàn)過程中小車容易偏離木板。該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確計(jì)時(shí),準(zhǔn)確定位,計(jì)時(shí)和定位的精確配合。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生用眼睛看乒乓球的位置,同時(shí)用耳朵聽節(jié)拍器的聲音,二者的配合就簡(jiǎn)單多了。
實(shí)驗(yàn)裝置如圖2:(1)是下滑導(dǎo)軌,用直徑8mm的鐵絲做成如圖形狀,導(dǎo)軌長(zhǎng)約1m,間距3cm。(2)是一個(gè)乒乓球,作為學(xué)生的觀察對(duì)象。(3)和(5)是木板,厚約2cm,在每塊木板上面挖兩個(gè)相距3cm的小槽,作為支架。(4)是標(biāo)尺,可用長(zhǎng)約1m,寬約5cm的硬紙板做成,為了增加可視度,每小格約5cm,把0、1、4、9、16這5根刻度線標(biāo)注明顯,做好后用透明膠帶粘在導(dǎo)軌一側(cè)的鐵絲下面。另外用節(jié)拍器計(jì)時(shí)。
在演示的時(shí)候,將木板(3)用書墊高,使導(dǎo)軌呈約20°左右的傾角,然后調(diào)節(jié)節(jié)拍器,使乒乓球從“0”位置滾到“16”位置節(jié)拍器剛好響4次(節(jié)拍器響的同時(shí)將乒乓球從0位置放開,此次響聲不計(jì))。這樣學(xué)生就能清楚的觀察到節(jié)拍器響第1次、第2次、第3次、第4次時(shí)小球的位置恰好在1、4、9、16處。從而清楚直觀的驗(yàn)證了我們的推論:對(duì)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),s∝ T2。該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后現(xiàn)象直觀,操作簡(jiǎn)單方便。
3 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體電荷分布的演示實(shí)驗(yàn)
用法拉第圓筒演示物體帶電只分布在外表面,學(xué)生總有些疑惑。有的學(xué)生問:若不是球體,而是其它形狀也是這樣嗎?如果用如圖3所示的演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生的這些疑惑就可以迎刃而解。
剪一張寬約10cm、長(zhǎng)約40cm的金屬箔,金屬箔的兩面都粘上5、6條用金屬箔剪成的小條(每條寬約0.5cm,長(zhǎng)約3cm),把金屬箔的兩端各粘在一根有機(jī)玻璃棒上。取一塊木板,在木板上鉆有距離遠(yuǎn)近不同的小孔,小孔的直徑比有機(jī)玻璃棒直徑稍大。首先將金屬箔拉直,把兩根玻璃棒插入木板中相應(yīng)的小孔中。再用起電機(jī)使金屬箔帶電,這時(shí)金屬箔兩面粘的金屬箔小條都翹了起來,說明金屬箔的外表面帶電了;改變玻璃棒的位置,使金屬箔變成弧形,這時(shí)只有往外凸的那一面的金屬箔小條仍然翹起,而在凹進(jìn)去的那一面,金屬箔小條垂了下去;再改變玻璃棒的位置,把金屬箔擺成“S”形做一次,則會(huì)看到,只在金屬箔凸出部位金屬箔小條才會(huì)翹起來。該實(shí)驗(yàn)比較形象的說明了外表面的含義,學(xué)生看后也比較信服,演示時(shí)只要注意讓金屬箔和有機(jī)玻璃棒保持干燥、干凈就行。
(欄目編輯羅婉華)