侯群英

(湖州市第一中學(xué) 浙江 湖州 313000)

物理新課程標(biāo)準(zhǔn)要求物理實(shí)驗(yàn)貼近學(xué)生生活，加強(qiáng)課程與學(xué)生生活和現(xiàn)實(shí)社會(huì)的聯(lián)系.實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的最佳途徑，因此要盡可能地創(chuàng)造條件和不斷改進(jìn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn).筆者結(jié)合自己的實(shí)踐與思考通過幾個(gè)實(shí)例談些關(guān)于新課程實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的做法.

1 新課程新增學(xué)生實(shí)驗(yàn)的操作技巧和裝置改進(jìn)

1.1 “探究功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

新課程下的高中物理實(shí)驗(yàn)與原來相比新增了“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，而此實(shí)驗(yàn)看似簡單做起來難度卻很大.教材上采用的是如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置.

圖1

在實(shí)際操作過程中遇到了以下的困難：

(1)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室里不具備這樣長度足夠長而且粗糙程度各處幾乎相同的木板.據(jù)了解很多學(xué)校現(xiàn)在就用“力的合成”實(shí)驗(yàn)用的板來做，顯然很難成功的.

(2)這樣拉小車在運(yùn)動(dòng)過程中小車很容易把橡皮筋壓在底下，運(yùn)動(dòng)受到了嚴(yán)重的干擾，難以順利進(jìn)行下去.所以很多教師都沒真正做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，大都是借用多媒體在課堂上“演說”.有的教師做了實(shí)驗(yàn)，但誤差也相當(dāng)大，很難說明問題.

鑒于以上兩個(gè)難點(diǎn)，有些學(xué)校對實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)了，如圖2所示.這樣的改進(jìn)是用了實(shí)驗(yàn)室里最常用的軌道小車來替代木板，解決了剛才講的難題.操作時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

(1)兩螺絲要長，要高于小車高度.

(2)兩螺絲間距要寬，否則影響小車前進(jìn).這樣做起來盡管比教材中的裝置方便和準(zhǔn)確很多，但小車多少還是要受橡皮筋的影響.更麻煩的是由于對小車的拉力方向是在重心的上方，當(dāng)橡皮筋條數(shù)增到4,5條時(shí)，小車很容易向前翻.所以必須像圖2那樣在車的后方放上砝碼來解決.但砝碼的高度往往要超過小車，才容易勾到橡皮筋.

筆者建議嘗試做如圖3所示改進(jìn).

圖2

圖3

此裝置是利用兩條線.一條線一端固定在小車上，另一端系上一個(gè)用大頭針彎成的彎鉤；第二條線一端固定在遠(yuǎn)離小車的滑輪上，那一端同樣系上一個(gè)用大頭針彎成的彎鉤.將橡皮筋套在兩個(gè)鉤上，如圖4所示.同時(shí)調(diào)整兩條線和橡皮筋在同一高度.若需要幾條橡皮筋隨時(shí)可增減，方便易做，而且結(jié)果誤差也小了很多.

在用圖4裝置時(shí),務(wù)必將橡皮筋放在遠(yuǎn)離小車的一端,如圖3所示,否則會(huì)被軋到車下. 這樣實(shí)驗(yàn)可以順利進(jìn)行.但美中不足的是市場上買的橡皮筋很難達(dá)到粗細(xì)均勻和彈性一致，所以在做實(shí)驗(yàn)之前要挑選好.

圖4

1.2 “用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)的操作技巧

對于新增實(shí)驗(yàn)“用雙縫干涉測量光的波長”，學(xué)?；旧隙家雅鋫淞藢ｉT的儀器,如圖5所示.相對前一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說做成功的概率要高一些，但該實(shí)驗(yàn)比較難調(diào)；就算看出條紋來了,也比較暗淡模糊，很難讀準(zhǔn)數(shù)據(jù).

圖5

筆者認(rèn)為出現(xiàn)上述情況主要是光線不足.分析原因有以下三點(diǎn)：

(1)電源電壓不夠；

(2)沒有調(diào)整到同一高度；

(3)實(shí)驗(yàn)室使用的電源基本上都是小燈泡，是發(fā)散光源，所以進(jìn)入雙縫光線的亮度不夠.

筆者曾在某次研討會(huì)上看到一位教師只在兩分鐘內(nèi)就把一般需要調(diào)較長時(shí)間得到的條紋輕松獲得，而且清晰、亮度高.究其原因也很簡單，通過教師反復(fù)的實(shí)踐和改進(jìn)，問題迎刃而解.經(jīng)驗(yàn)告知，電壓一般要調(diào)至10 V以上.對于要調(diào)整到同一高度，原本應(yīng)該簡單,但因?yàn)槭锹萁z調(diào)整，如果旋轉(zhuǎn)得不夠緊，遮光筒又不輕,一壓上就要發(fā)生下移.所以在放上遮光筒后應(yīng)繼續(xù)微調(diào),或者干脆不旋螺絲直接放在最低點(diǎn).對于發(fā)散光源,不妨在濾光片前放一凸透鏡，效果可提高許多.要提醒的是在調(diào)節(jié)時(shí)先把測量頭拿下，直接從遮光筒看光線的亮度，直到看到比較亮的光線再放上測量頭.如果比較模糊,可以通過拉伸測量頭來調(diào)節(jié)，就會(huì)很快能看到比較清晰的條紋.

2 新課程DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的整合

2.1 使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器與DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相互配合發(fā)揮各自優(yōu)勢

由于DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)測量隨時(shí)間變化的物理量，對動(dòng)態(tài)測量(如位移-時(shí)間關(guān)系)帶來了極大方便，也更加直觀.例如在繪制彈簧振子或單擺的振動(dòng)圖像時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器帶來很多不便.我們可以將傳感器與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置組合，借助原有實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理，發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢.在探究彈簧振子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生對彈簧振子的物理模型進(jìn)行拓展，分析水平方向單彈簧振子、雙彈簧振子及豎直方向的彈簧振子等.研究水平方向彈簧振子的運(yùn)動(dòng)可用氣墊導(dǎo)軌，將氣墊導(dǎo)軌滑塊上固定位移傳感器的發(fā)射器作為振子.研究豎直方向彈簧振子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可直接將位移傳感器的發(fā)射器作為振子.這樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依然來自傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，只是數(shù)據(jù)采集和分析處理的手段借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)得到顯著改觀.圖6和圖7是利用收發(fā)一體做單擺振動(dòng)圖像的實(shí)拍圖片.

圖6

圖7

2.2 拓展研究是探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與物理課程整合的有效途徑之一

例如，在“自感現(xiàn)象”的教學(xué)中，我校多年來都在使用一種成品教板.用燈泡演示自感現(xiàn)象不能確切反映電流和電壓變化的過程.電流較小時(shí)燈泡不能發(fā)光,由于燈泡無極性，不能顯示電流的方向.另外，實(shí)驗(yàn)器材規(guī)格匹配性不好，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度低等缺點(diǎn)也會(huì)使實(shí)驗(yàn)效果不理想.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用傳感器采集電流、電壓，能實(shí)時(shí)保持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示穩(wěn)定的圖像，可有效地克服上述缺憾.

圖8

圖9

根據(jù)圖8所示的電路，用兩個(gè)電壓傳感器分別測量兩個(gè)支路的電壓，獲得了圖9所示的圖像.圖像清晰地顯示了通電自感和斷電自感過程中兩支路電壓的變化.還可以在支路中接入電流傳感器，分析電流的變化情況.這樣，我們在教學(xué)活動(dòng)中可以先通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，獲得感性認(rèn)識，激發(fā)探究欲望；然后借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)深入探究自感現(xiàn)象的特點(diǎn)和規(guī)律.

2.3 完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)

如在“電容器和電容”的教學(xué)活動(dòng)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是利用平行板電容器與驗(yàn)電器組合，采用控制變量法定性分析電容的影響因素.該實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求很高，很難獲得理想的實(shí)驗(yàn)效果，無法顯示電容器充放電過程中電流、電壓的變化，無法研究電荷量與電壓之間的定量關(guān)系.運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以快速獲得電流、電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像.通過積分運(yùn)算獲得電荷量的數(shù)值，進(jìn)而驗(yàn)證電容公式的正確性，并將定性實(shí)驗(yàn)上升為定量實(shí)驗(yàn).在學(xué)生對電容器的工作原理有了較全面的認(rèn)識之后，還可以通過分析圖像的細(xì)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識日常生活中電容器在儲(chǔ)能、延時(shí)等方面的應(yīng)用.

再如，學(xué)生對電容器的充放電大多缺乏感性認(rèn)識,因?yàn)檫@過程太短，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法做到.而新課程要求利用DIS系統(tǒng)電壓和電流傳感器來觀察電容的充放電過程.此實(shí)驗(yàn)在操作過程中要注意以下幾點(diǎn)：

DISV6.0朗威信息化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室電流電壓傳感器的標(biāo)準(zhǔn)配置是單量程的，電流量程是±1 A，電壓量程是±12 V. 這個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵問題是在這樣的條件下選擇合理的電容值C和電阻值R的大小，既能在實(shí)驗(yàn)室因地取材又能讓“i-t”圖像非常清晰.能夠明顯得出“i-t”過程圖像；根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，回路的最大電流最小應(yīng)該為電流傳感器量程的20%，即I=0.2 A(保證電流測量的精度).整個(gè)放電時(shí)間在2 s左右(保證時(shí)間測量的精度).在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生電源輸出電壓為12 V.依據(jù)以上條件，通過計(jì)算選擇合適的R和C,就可以順利完成此實(shí)驗(yàn).