關(guān)善超 張俊輝 沈壯志

(蘇州市陽(yáng)山實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)校　江蘇 蘇州　215151；陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院　陜西 西安　710119) (蘇州市陽(yáng)山實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)校　江蘇 蘇州　215151) (陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院　陜西 西安　710119)

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中學(xué)物理幾個(gè)聲現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的探究及改進(jìn)*

關(guān)善超 張俊輝 沈壯志

(蘇州市陽(yáng)山實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)校江蘇 蘇州215151；陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西 西安710119) (蘇州市陽(yáng)山實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)校江蘇 蘇州215151) (陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院陜西 西安710119)

對(duì)中學(xué)物理聲現(xiàn)象教學(xué)中經(jīng)常涉及到的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再探究和改進(jìn)．研究表明這些常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)在實(shí)施過(guò)程中若不對(duì)其方法和技巧加以改進(jìn)，將會(huì)造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，甚至可能失?。疚膶?duì)此給出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，它將既有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的接收和認(rèn)同能力，也有利于開(kāi)拓中學(xué)物理教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路．

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)探究方案改進(jìn)

在中學(xué)物理的教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不可或缺的一部分，并且越來(lái)越受廣大一線教師的重視，有著非常重要的作用[1]．實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)是生動(dòng)有趣并且簡(jiǎn)單直觀，可以極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣并且便于學(xué)生理解掌握未知的知識(shí)[2]．因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的好壞直接決定著課堂的成?。欢行┛此瞥Ｒ?jiàn)的簡(jiǎn)單物理實(shí)驗(yàn)真正去做并不那么簡(jiǎn)單，有些按照課本上給出的步驟去做，會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯，甚至?xí)斐蓪?shí)驗(yàn)失敗，從而導(dǎo)致學(xué)生思維混亂，不能直接得到正確結(jié)論，造成課堂效率低下[3]．在學(xué)生初學(xué)物理階段很容易因此產(chǎn)生畏難情緒，喪失對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣．因此，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否便于觀察，一目了然[4]，已經(jīng)成為影響學(xué)生學(xué)習(xí)物理的重要因素．尤其是對(duì)于剛剛接觸物理的初中生來(lái)說(shuō)，開(kāi)篇第一章節(jié)的內(nèi)容往往決定其未來(lái)是否對(duì)物理產(chǎn)生興趣并深入地研究下去，因此第一章的實(shí)驗(yàn)更是要做到生動(dòng)有趣又簡(jiǎn)單明了[5]．

本文針對(duì)蘇科版初中物理八年級(jí)上冊(cè)第一章“聲現(xiàn)象”中涉及到的類似幾個(gè)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入探究，發(fā)現(xiàn)了其中的一些問(wèn)題，并且提出相應(yīng)的改進(jìn)方案，有助于開(kāi)拓物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，幫助教師完善實(shí)驗(yàn)方案．

1　聲學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

1.1探究聲音的產(chǎn)生原因

(1)原實(shí)驗(yàn)原理和方法

由于聲音看不見(jiàn)摸不著，學(xué)生無(wú)法對(duì)“聲音是什么”有直觀的感受．教材在探究聲音的產(chǎn)生原因時(shí)使用了放大微小振動(dòng)的方法，從而間接地證明發(fā)出聲音的物體在振動(dòng)，并給出了一些證明實(shí)驗(yàn)．其中有這樣一個(gè)常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)：在鼓面上放一些輕小物體，然后用小錘敲擊鼓面，會(huì)看到輕小物體在鼓面上跳動(dòng)，從而證明聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的(如圖1所示)．

圖1　鼓面上跳動(dòng)的紙屑

此實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單且易于操作，但是通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)效果并不明顯．不論是在鼓面上放綠豆、小米或紙屑，敲擊后跳動(dòng)都不明顯．如果是演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生坐在座位上更是難以觀察．經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鼓面越大，相對(duì)跳動(dòng)越明顯．但是限于實(shí)驗(yàn)條件，一般沒(méi)有太大的鼓用來(lái)敲擊，使實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到預(yù)期效果．并且受限于鼓的發(fā)聲特點(diǎn)，無(wú)法看到輕小物體連續(xù)的跳動(dòng)．

(2)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法

為了便于學(xué)生得出結(jié)論，應(yīng)找出一種能使輕小物體跳動(dòng)明顯，且可以連續(xù)跳動(dòng)的發(fā)聲體．經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，銅镲的振動(dòng)特性可以很好地滿足以上條件，如圖2所示．

圖2　銅镲

在銅镲邊緣放些紙屑，用小錘敲擊銅镲，由于銅镲的振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，紙屑會(huì)不間斷地連續(xù)跳動(dòng)，現(xiàn)象十分明顯，如果在實(shí)物投影上展示，現(xiàn)象非常清晰．改用銅镲做此演示實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果會(huì)大大提高．或者給每?jī)晌煌瑢W(xué)發(fā)一個(gè)較細(xì)的橡皮筋，讓其中的一位同學(xué)將橡皮筋盡可能拉伸到最大長(zhǎng)度，另一位同學(xué)在垂直于橡皮筋的長(zhǎng)度方向撥動(dòng)它，使其發(fā)聲，同時(shí)利用實(shí)物投影儀將橡皮筋的振動(dòng)投影在屏幕上，可以清楚地看到橡皮筋的振動(dòng)．

1.2聲音的傳播實(shí)驗(yàn)

(1)原實(shí)驗(yàn)原理和方法

蘇科版八年級(jí)物理第一章第1節(jié)“聲音是什么”中給出了這樣一幅圖，如圖3所示．

圖3　水中搖鈴鐺

為了證明聲音可以在液體中傳播，教材中試圖在水中搖晃一個(gè)小鈴鐺，通過(guò)人能聽(tīng)到鈴鐺的聲音，來(lái)證明聲音可以在液體中傳播．這個(gè)實(shí)驗(yàn)到底有沒(méi)有問(wèn)題呢？

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鈴鐺在水中搖晃不易聽(tīng)到鈴鐺振動(dòng)的聲音，甚至由于鈴鐺里的小錘受到水的阻力，無(wú)法撞擊鈴鐺壁，鈴鐺根本無(wú)法發(fā)聲．如果劇烈搖動(dòng)，水和手之間拍擊發(fā)出的聲音遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈴鐺發(fā)出的聲音，該實(shí)驗(yàn)是無(wú)法完成的．如果教師不假思索地在課堂上做此實(shí)驗(yàn)，很容易造成課堂效果差，學(xué)生迷茫的后果．

(2)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法

那么怎樣才能很好地驗(yàn)證聲音可以在液體中傳播呢？可以把音樂(lè)賀卡上的小發(fā)聲器取出，打開(kāi)開(kāi)關(guān)放入小藥瓶中．并在小藥瓶中加入適量的配重物，密封好，將其放入水中，使小藥瓶短時(shí)間內(nèi)處于懸浮狀態(tài)(長(zhǎng)時(shí)間的懸浮很難做到)．學(xué)生可以清晰地聽(tīng)到小發(fā)聲器發(fā)出的音樂(lè)聲，進(jìn)而證明了聲音可以在水中傳播．

1.3聲音具有能量

(1)原實(shí)驗(yàn)原理和方法

為了證明聲音具有能量，教材給出了如圖4所示的演示實(shí)驗(yàn)．把一個(gè)點(diǎn)燃的蠟燭放在一個(gè)錄音機(jī)的喇叭前，使用錄音機(jī)大聲播放音樂(lè)，就可以看到蠟燭的火焰隨聲音的高低跳動(dòng)，進(jìn)而證明聲音具有能量．看似非常好的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)際在班級(jí)做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)根本無(wú)法產(chǎn)生這樣的效果．首先一般的收音機(jī)的喇叭功率都不夠大，即使蠟燭放的離喇叭再近也無(wú)法觀察到明顯的跳動(dòng)，其次產(chǎn)生輕微跳動(dòng)多半也是由于教室內(nèi)部有風(fēng)造成的燭焰晃動(dòng)，而不是隨著聲音有節(jié)奏的跳動(dòng)．即使關(guān)閉門窗，輕微的空氣流動(dòng)還是會(huì)使蠟燭稍稍晃動(dòng)，無(wú)法清晰地說(shuō)明是聲波的能量造成的．

圖4　錄音機(jī)和蠟燭

(2)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法

針對(duì)室內(nèi)風(fēng)的影響，我們可以用有機(jī)玻璃做一個(gè)小的玻璃箱，箱子底部開(kāi)口，將點(diǎn)燃的蠟燭罩在玻璃箱內(nèi)．玻璃箱的一側(cè)和蠟燭火焰齊平處開(kāi)一個(gè)圓孔，使喇叭正好能通過(guò)圓孔對(duì)準(zhǔn)蠟燭火焰．打開(kāi)喇叭播放音樂(lè)，學(xué)生可以透過(guò)玻璃箱清晰地看到蠟燭火焰隨音樂(lè)的高低起伏跳動(dòng)．

或者可以采取另一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，可以讓學(xué)生手里捧住一個(gè)吹足氣的氣球，然后教師在教室內(nèi)用麥克風(fēng)說(shuō)話，學(xué)生就可以非常明顯地感受到氣球的振動(dòng)，且振動(dòng)隨著教師說(shuō)話響度的大小變化而變化，教師停止說(shuō)話，則氣球停止振動(dòng)，進(jìn)而直觀地說(shuō)明聲波具有能量．

2　結(jié)論

以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)都是中學(xué)物理“聲現(xiàn)象”中經(jīng)常出現(xiàn)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)，看似簡(jiǎn)單其實(shí)并不簡(jiǎn)單．如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)周密的思考，只是照本宣科，有些實(shí)驗(yàn)是很難操作成功的．一個(gè)好的教學(xué)實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生記憶終生，很大程度上影響學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣．而想要做好這些實(shí)驗(yàn)，教師課前必須反復(fù)操作，精心設(shè)計(jì)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，多使用學(xué)生生活中的物品作為實(shí)驗(yàn)器材，使實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)單易懂，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰明了．深層次挖掘?qū)嶒?yàn)潛力，把一個(gè)實(shí)驗(yàn)做出新意，做出更高的水平．其實(shí)，一名優(yōu)秀物理教師的實(shí)驗(yàn)水平正是通過(guò)這樣一點(diǎn)點(diǎn)思考和積累而來(lái)的．

1李明權(quán).淺談物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué). 物理教學(xué)探討，2005(19):26

2陳曉莉.普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查及對(duì)策研究.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005(03):585～588

3應(yīng)煥青.淺談初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué).中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010(04):87

4王較過(guò)，李貴安.物理教學(xué)論(第2版).西安：陜西師范大學(xué)出版社,2009.15～16

5郝冠軍. 利用初中物理實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.新課程(中學(xué))，2014(06):43

2016-03-10)

*國(guó)家基金項(xiàng)目，編號(hào)：11174191；陜西師范大學(xué)2014年度校級(jí)重點(diǎn)教學(xué)改革研究項(xiàng)目資助，編號(hào)：14JG24；陜西師范大學(xué)2016年度校級(jí)綜合教學(xué)改革研究項(xiàng)目資助，編號(hào)：16JG23作者簡(jiǎn)介：關(guān)善超(1989-)，男，中教二級(jí)，主要從事中學(xué)物理教學(xué).通訊作者：沈壯志(1964-)，男，教授，主要從事大學(xué)物理教學(xué)工作.