鄧雪峰

（蘇州市相城區(qū)春申中學(xué)，江蘇 蘇州 215143）

初二下半學(xué)期是物理學(xué)習(xí)方法和思維養(yǎng)成的重要階段.物理學(xué)習(xí)從現(xiàn)象的描述轉(zhuǎn)變?yōu)樵矸治龊瓦\(yùn)用.學(xué)生從形象思維飛躍到抽象思維過程.在這時期，要著重培養(yǎng)學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)習(xí)慣，理論聯(lián)系實(shí)際的能力，善于觀察、勤于思考等品質(zhì).在此基礎(chǔ)上，適時的開展少量的探討和探究性活動，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新和實(shí)踐能力.

作為物理教師，在平時的復(fù)習(xí)過程中，不能滿足于學(xué)生物理知識的掌握，更要著眼于學(xué)生能力的培養(yǎng)，帶領(lǐng)學(xué)生揭示現(xiàn)象中所包含的物理知識，努力提高學(xué)生分析、表達(dá)能力.在習(xí)題解答中洞察學(xué)生的問題所在，發(fā)現(xiàn)他們的思路和方法，并通過各種手段加以引導(dǎo)及糾正，對于教師來說，這也是一種重要的教學(xué)能力.

1 一個習(xí)題

在初二期末練習(xí)中，發(fā)現(xiàn)這么一個習(xí)題.

例題.冬天，裝有一定量水的熱水瓶過了一段時間后，軟木塞不易拔出，這主要是由于

（A）瓶塞遇冷收縮.

（B）瓶內(nèi)氣壓大于大氣壓.

（C）瓶內(nèi)氣壓小于大氣壓.

（D）塞子與瓶口間的摩擦力增大.

分析：瓶內(nèi)氣體冷卻后由于熱脹冷縮，壓強(qiáng)減小，小于外界大氣壓，在大氣壓的作用下將瓶塞壓緊了.故選（C）項(xiàng).這道題目的難度系數(shù)在0.82（兩個班級統(tǒng)計(jì)結(jié)果），屬于簡單習(xí)題，也是一道理論聯(lián)系實(shí)際的好題.

如果讓教師來講解，簡單描述一下就過了，不值大費(fèi)周折.但是學(xué)生的問題各式各樣.有選（A）項(xiàng)的，也有選（B）項(xiàng)和（D）項(xiàng)的.學(xué)生第一次遇上這樣的實(shí)際問題，作為教師需要用心了解學(xué)生如何思考的（A）選項(xiàng)，塞子是固體，熱脹冷縮，過了一段時間，當(dāng)然會縮小了.但是瓶口也會遇冷收縮，誰縮的更多呢？不清楚.這類錯誤是沒有抓住問題的主體，缺少生活的經(jīng)驗(yàn)，受熱脹冷縮知識干擾.（B）選項(xiàng)，瓶內(nèi)氣體熱脹冷縮會使壓強(qiáng)減小，而不是大于外界大氣壓.由于不少學(xué)生對氣體的壓強(qiáng)是怎么產(chǎn)生的不清楚，是向外壓的還是向內(nèi)壓的？根據(jù)他們的錯誤想法：當(dāng)氣體減少，或者溫度下降時，氣體是“縮”的，就像有一股力一樣向里面拉，就牢牢的“拽”住了（實(shí)際上，大氣壓大于內(nèi)部氣壓時，作用效果相同，還有點(diǎn)小道理）.而實(shí)際上氣體總是向外膨脹的.（D）選項(xiàng)和（A）選項(xiàng)差不多，塞子縮小后，對瓶口的壓力減小了，摩擦力減小.

那么學(xué)生到底是如何思考的呢？下面從一段討論中窺伺一二.

2 一場討論

換一種思維來講解習(xí)題吧，看看學(xué)生是怎么講的.于是采用了小組合作學(xué)習(xí)的方法，先組內(nèi)討論，相互講解，統(tǒng)一思路，然后大組間交流.其中也包括了這道題.

學(xué)生采用小組討論后給出了兩種大致相同的解釋：經(jīng)過一段時間后，瓶內(nèi)空氣冷卻液化，氣壓減小，小于大氣壓，所以被大氣壓牢牢地壓住了，不易拔出；另一個回答是：經(jīng)過一段時間，瓶內(nèi)的水蒸氣冷卻液化了，使瓶內(nèi)空氣的壓強(qiáng)減小了，在大氣壓的作用下，牢牢地將瓶塞壓住了，不易拔出.

不管哪組，學(xué)生回答的都很好，能解決當(dāng)前的問題——大氣壓大于瓶內(nèi)氣壓壓緊塞子，都能自圓其說.但是仔細(xì)一想，有一個值得商榷的細(xì)節(jié)問題.

教師：兩位同學(xué)都說的非常好，但有一點(diǎn)細(xì)微的差別，其本質(zhì)是不同的，你們注意到了嗎？

學(xué)生：前面同學(xué)說的是空氣冷卻液化，后面補(bǔ)充的同學(xué)認(rèn)為是空氣中的水蒸氣冷卻液化.

教師：對，看來發(fā)現(xiàn)問題的同學(xué)仔細(xì)聽了，并經(jīng)過了認(rèn)真思考.那么究竟是空氣還是水蒸氣在液化呢？

學(xué)生：空氣不會液化，而是水蒸氣在液化，所以前面同學(xué)說法錯誤的（其他同學(xué)都認(rèn)可）.

教師：這樣看來是水蒸氣液化造成的，使瓶內(nèi)的氣體壓強(qiáng)減小了.可是，難道空氣不會液化嗎？（學(xué)生進(jìn)入了沉思）

教師：其實(shí)，空氣不是單純的一種氣體，它是由多種氣體組成的混合體，初三化學(xué)課會告訴我們：正常的空氣成分按 體 積 分 數(shù) 計(jì) 算 是 氮 （N2）占 78.08%，氧 （O2）占20.95%，氬（Ar）占0.93%，二氧化碳（CO2）占0.03%，還有微量的惰性氣體和雜質(zhì).通常情況下，各種成分的比例相對穩(wěn)定.

在“汽化和液化”一節(jié)中，例舉了各種液體的沸點(diǎn)見表1.

表1

可以看出，當(dāng)采用降溫和壓縮體積（加壓）的方法，空氣也是能液化的.

這樣看來，答案怎么表達(dá)比較恰當(dāng)呢？

學(xué)生：在常溫下，空氣中的水蒸氣冷卻液化，使瓶內(nèi)氣壓減小，小于外界大氣壓，在大氣壓的作用下，瓶塞不易拔出.

3 一個發(fā)現(xiàn)

此時，學(xué)生提出了一個問題.

學(xué)生：老師，你剛才說，通常情況下，空氣的組成相對是穩(wěn)定的.而空氣中水蒸氣幾乎占不了什么比例，你為什么同意主要是水蒸氣液化使瓶內(nèi)氣壓減少了呢？

教師：問的非常好，我也想知道，有沒有同學(xué)幫忙解釋一下？

（學(xué)生展開了激烈的討論）

學(xué)生：是因?yàn)閯偀_的水溫度高，劇烈汽化產(chǎn)生了大量的水蒸氣，占據(jù)了瓶內(nèi)大部分空間，趕跑了大部分空氣.當(dāng)蓋緊瓶塞時，瓶內(nèi)水面上方空氣中水蒸氣含量相當(dāng)豐富.所以主要是水蒸氣液化使瓶內(nèi)的氣壓減小了.

教師：很有說服力.問題的關(guān)鍵是產(chǎn)生了大量水蒸氣充斥了整個空間，整個瓶內(nèi)氣體空間儼然成了水蒸氣的世界.這樣的過程，相當(dāng)于減少了里面的空氣，從而達(dá)到減小氣壓的效果.看來，加點(diǎn)水蒸氣，然后冷卻液化，降壓效果非常好，這是我們發(fā)現(xiàn)新大陸了.

從這點(diǎn)上講，當(dāng)初研究聲音能否在真空中傳播時，采用了抽氣機(jī)直接抽氣的方法，如果現(xiàn)在讓你用其他方法代替，你可以怎么做？還有在我們已經(jīng)學(xué)過的知識、實(shí)驗(yàn)中，有類似的方法嗎？

學(xué)生：第1個問題，可以用加熱酒精的辦法先汽化后液化，相當(dāng)于抽真空，但是效果不知如何？第2個問題，在研究大氣壓是否存在時，將易拉罐中裝入少許水，加熱到瓶口冒煙，熄滅酒精燈，用橡皮泥堵住瓶口，自然冷卻一會，易拉罐一聲巨響，癟掉了，證明了大氣壓的存在.這里放少許酒精加熱汽化為酒精蒸氣類似水蒸氣，代替了罐內(nèi)的大量空氣，等蒸氣液化時，減小了管內(nèi)壓強(qiáng)，類似于抽真空的效果，所以在大氣壓的作用下，壓扁了.

教師：水蒸氣的液化作用可以帶來非常大的幫助，有時還能起到奇特的效果.不過沒有實(shí)驗(yàn)的支撐，我還是將信將疑.

4 一只實(shí)驗(yàn)

帶著這個問題，做了對比實(shí)驗(yàn).

器材：易拉罐、酒精燈、石棉網(wǎng)、水、火柴、鐵架臺、橡皮泥和溫度計(jì).

方案：如圖1所示，2個易拉罐1個加入少許水，另1個不加水.當(dāng)加水的易拉罐加熱開始冒“白氣”后測量罐內(nèi)的溫度為80℃，將罐口堵住，撤去酒精燈，讓易拉罐冷卻，觀察現(xiàn)象.另1個不加水重復(fù)上述步驟，加熱到相同溫度，觀察現(xiàn)象，作對比.

圖1

現(xiàn)象：易拉罐都癟掉了，空易拉罐形變不大，而加水易拉罐變形嚴(yán)重；變癟時都能發(fā)出響聲，加水易拉罐響度更大，且有多次響聲.

分析：（1）加水和不加水易拉罐都癟掉了，說明壓強(qiáng)都減少了，主要作用是氣體冷卻，包括了水蒸氣.（2）加水后，由于水蒸氣液化，加劇了氣壓減小，增強(qiáng)了效果.

教師：是水蒸氣的作用還是氣體的作用呢？

學(xué)生：是空氣的作用.加水易拉罐加熱；罐口堵住后，瓶內(nèi)空氣降溫，壓強(qiáng)減小，外界大氣壓大于內(nèi)部氣壓，將易拉罐壓扁了.將易拉罐壓扁了.水蒸氣的作用加強(qiáng)了這種效果.并非是主要作用.不過筆者認(rèn)為，水蒸氣的這個液化降壓作用還是蠻好的.（學(xué)生微笑）

5 一個拓展

大家解決了以上問題后，可以在課后嘗試一下這個習(xí)題.

例題.保溫瓶中的熱水未裝滿而蓋緊瓶塞，過一段時間，瓶塞不易拔出，這一現(xiàn)象說明：氣體溫度降低，氣體的壓強(qiáng)_______（選填“增大”或者“減小”）.若當(dāng)時外界大氣壓為1.0×105Pa，瓶口截面積為10cm2，拔出瓶塞至少需要20N的力，則瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)約為_______Pa（不計(jì)瓶塞的重及摩擦）.

通過以上一番討論，我們不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于這道例題中的“氣體”有了非常清晰的理解，不會單單從熱脹冷縮的角度來認(rèn)識了.同時在后繼的氣體模型知識學(xué)習(xí)后，了解了氣體的分子總是試圖撞擊外壁構(gòu)成氣體壓強(qiáng)，形成壓力.運(yùn)用三力平衡的知識，就能解決第2個問題了.

6 一段反思

首先，學(xué)生在這個問題上的錯誤，是由于教材處理氣體壓強(qiáng)和溫度的關(guān)系時沒有點(diǎn)透，僅在氣壓和沸點(diǎn)關(guān)系實(shí)驗(yàn)時燒瓶中的氣壓有所體現(xiàn)，也不是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)知識，所以學(xué)生的理解是片面的.

對于這樣的問題，如果認(rèn)識偏差較少，我們不妨可以個別輔導(dǎo)來解決部分學(xué)生的問題；如果問題比較普遍，我們可以設(shè)置一堂討論課，集思廣益，有議有實(shí)驗(yàn)來處理發(fā)現(xiàn)的問題，通過實(shí)驗(yàn)解決大部分問題.

其次，要為學(xué)生開啟一扇智慧的大門，引導(dǎo)，鼓勵進(jìn)入這神秘的世界.通過討論引導(dǎo)，或許真的會發(fā)現(xiàn)些方法：汽化、液化能增強(qiáng)某種效果，有時能起到降壓的作用，或許就這一點(diǎn)他們打心眼里喜歡上物理，開啟了他們的物理學(xué)習(xí)之門.

最后，我們不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)初很多杰出的物理學(xué)家，也是在巨人的肩膀上，增強(qiáng)了“一點(diǎn)效果”取得了不朽的成就.當(dāng)初，楊振寧、李政道在提出宇稱不守恒時，無數(shù)科學(xué)家為無法取得更低的溫度而苦惱.吳健雄在常用方法的基礎(chǔ)上，利用退磁的方法使溫度進(jìn)一步降低（達(dá)0.01K），取得了突破性進(jìn)展，摘得了物理學(xué)上的桂冠.

在物理教學(xué)中利用合作學(xué)習(xí)能讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，最大限度地提高學(xué)生的各方面能力.同時，教師適時地發(fā)現(xiàn)問題，加以引導(dǎo)，并幫助他們完成從理論到實(shí)踐的探究.這樣的物理教學(xué)才能從本質(zhì)上去改善教學(xué)本身，以達(dá)到更好的教學(xué)效果.